Ячейка однородной вычислительной среды
ОП И Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических - Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— Э (22)Заявлено 29.01.79 (21) 2718233/18-24 (51) Я. Кл. G 06 F 7/00 с присоединением заявки .%— Государственный квмнтет СССР пв делам изобретений и аткрмтнй (23) Приоритет (53) УДК 681.327. (088.8) Опубликовано 30.09.80 тиоллетень,% 36 Дата опубликования описания 02.10.80 (72) Автор изобретения A. И. Мишин Институт математики Сибирского отделения АН СССР (73 ) . Заявитель (54) ЯЧЕЙКА. ОДНОРОДНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ Изобретение относится к области ав томатики, вычислительной техники и кибернетики. Известна ячейка однородной вычисли- . тельной срецы, соцержащая вычислительный блок, схему управления ввоцом, схе5 му управления вывоцом и блок настройки 11 . Недостатком ее является низкое быстроцействие, так как согласование (син10 хронизация) работы элементов осуществляется с помощью операции обобщенного условного перехода, отмечающей готовность к взаимодействию всех элементов срецы. Время реализации такого обоб5 щенного оператора пропорционально числу элементов в системе. Из известных устройств наиболее близким техническим решением к изобретению является ячейка оцнородной вычис- о лительной среды, соцержащая триггер, блок приема запросов, блок приема ответов, блок передачи запросов, блок пере2 дачи ответов, блок вычисления арифметических функций и блок настройки, первая группа входов и первая группа выходов которого соединена с соответствующими выхоцами и вхоцами блока вычисления арифметических функций, первый, вто- рой, третий и четвертый выходы блока настройки соединены соответственно с пе рвым входом блока переда чи отве тов, первым входом блока приема запросов, первым входом блока приема ответов, первым входом блока перецачи запросов, выхоц блока приема запросов связан с единичным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к пятому выходу блока настройки, ециничный выхоц триггера соединен с первым входом блока настройки и вторым входом блока передачи ответов, группа входов блока приема запросов, группа входов блока приема ответов и вторая группа входов блока настройки являются входами ячейки, а вторая группа выхоцов блока настройки, выходы блока перецачи запросов и выходы 3 76775 блока перецачи ответов - выхоцами ячейки j2). Нецостаток ее состоит в том, что только И/2 элементов среды (И -общее число элементов в системе) при параллельной работе выполняет вычислительные функции, а И /2. элементов - функции буферных регистров, так как в оцин и тот же момент времени только И/2 элементов среды могут быть элементами- 10 перецатчиками, à h/2 элементов — приемниками информации (обработка информации осуществляется после приема). Таким образом, в /2 элементах срецы не полностью используются их вычис 15 лительные возможности. Цель изобретения - повышение эффективности вычислительной среды, повышение быстродействия. Эта цель достигается тем, что в 20 ячейку введен второй триггер, единичный выхоц которого соединен со вторым вхоцом блока передачи запросов и вторым входом блока настройки, единичный вход второго триггера подключен к шестому 25 выходу блока настройки, а нулевой вход подсоединен через формирователь импульсов к выходу блока приема ответов. Блок настройки содержит первый и второй регистры, формирователи-.импульсов, коммутаторы, элемент запрета и регистр настройки, первый, второй и третий выходы которого являются соответствен но первым, третьим и четвертым выхоцами блока настройки. Четвертый выход 35 регистра настройки соединен с первым вхоцом первого коммутатора, а пятый выход - с первым входом второго коммутатора, выход которого является вторым выходом блока, настройки. Второй вход 40 второго коммутатора соединен со входом первого формирователя импульсов и первйм входом блока настройки, управляющие вхоцы первого и второго регистровсоответственно с выходами первого и 45. .второго формирователей импульсов. Информационные входы первого регистра являются второй группой вкодов блока настройки, выходы первого коммутаторавторой группой выходов блока настройки. 50 Второй вход первого коммутатора подключен к выходу второго регистра, вход второго формирователя импульсов соединен со входом запрета элемента запрета и подключен ко второму вкоду блока на- 55 стройки. Выход элемента запрета соецине< с шестым выходом блока настРойки.. Вход регистра настройки„информацион2 4 ный вход элемента запрета, пятый выход блока настройки и информационный вход второго регистра являются первой группой входов блока настройки, а выход первого регистра; первый и второй входы блока настройки - первой группой выко дов блока настройки. Схема устройства прецставлена на фиг. 1; на фиг, 2 показан вариант вычислительной среды. Устройство содержит (см. фиг. 1) блок 1 приема запросов, блок 2 передачи ответов, блок 3 приема ответов, блок 4 передачи запросов, формирователь 5 импульсов, первый триггер 6, второй триггер 7, блок 8 вычисления арифметических функций, блок 9 настройки. Блок 9 содержит регистр 10 настройки, первый регистр 11, первый формирователь 12 импульсов, второй регистр 13, второй формирователь 14 импульсов, первый коммутатор 15, второй коммутатор 16, элемент 17 запрета. Первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока настройки обозначены соответственно позициями 18, 1:9, 20, 21, 22, 23, первый и второй входы блока настройки — 24 и 25, выходы первой группы блока настройки - 26, 27, 28, вхоцы первой группы блока настройки29 - 32, вторая группа входов блока настройки - 33, вторая группа выходов блока настройки - 34, группа входов блока приема запросов — 35, группа выходов блока передачи запросов - 36, группа входов блока приема ответов - 37, группа выходов блока передачи ответов - 38. Устройство работает следующим образом. Блок 1 может быть настроен на прием сигналов как от одного или двух сосецних устройств - при реализации одномерных вычислительных систем, так и от трех и более устройств - при объединении результатов, полученных при работе, например, одномерных вычислительных систем. В качестве примера рассмотрим работу блоков 1-4 при реализации одномер.ных вычислительных систем, например кольцевой системы (см. фиг. 2), В этом режиме работа блока 1 описывается следующим вырзжением. 4 . 1 2 2 О Ъ Я 9 4.Ч 25 5 7677 где Ц1-О5 - сигналы íà ахопах 35; у 6 - сигналы на выходе второго коммутатора 16, который пропускает сигналы, поступающие на его первый вхоц с выхоца регистра 10 настройки, при условии, что на его втором входе сигнал «О", т. е, если триггер 6 находится в нулевом состоя- »О нии; Х1 - сигнал на выхоце блока 1. Если через +2 - 2» обозначить сигналы на выходах 38, через у. — у . -сигналы, поступающие на вход блока 2 с выхода регистра 10, а через Q сигнал на выходе триггера 6, то работа блока 2 может быть описана слецукицим образом: =О„У„, =< MS, - 4=ЦУ„Р) Блок 3 реализует следующую функгде. 0» - Ь - сигналы на входах 37; ч - у — сигналы, поступающие на "»О »Ъ вход блока 3 с выхода регистра 1 О; 2g - сигнал на выходе блока 3. Блок 4 выполняет следующие функ- 30 ции. Z -Я, У14,Z. Я У»б, -9 У, И) где Q> - сигнал на выходе триггера 7; - сигналы, поступающие на 14 16 вхоц блока 4 с выхода регистра 1 О; Х - X> - сигналы на выходах 36. Первый коммутатор 15 выполняет слецующие функции; 40 где У - у - сигналы, поступающие на 19 вход схемы 15 с выхода регистра 10, а С1 « « сигнал на выходе регистра 13. Второй коммутатор 16 выполняет спе45 дующие функции ЧА = Х Q<(j 1,2,...,6),. где ) «сигналы, поступающие на вход 1 схемы 16 с выхода регистра 103 Q»- сигнал на выхоце триггера 6; 50 ). - сигналы на выходе коммутатора. Основными режимами функционирования однородной вычислительноя среды являются: настройка; прием инфЬрмации; перецача информации; прием и перецача информа ци и. Н а с т р о и к а. В начале работы триггеры 6 и 7 всех ячеек среды устанавли 52, 6 вают в нулевое состояние, а блоки 1 всех элементов среды — на прием сигналов по любому из входов 35 посредством записи в регистр 10 соответствующего кода настройки. Настройка срецы осуществля. ется путем подачи настроечной информации (один из разрядов входного слова служит цля указания режима настройки) на вход 33 регистра 11 и единичного сигнала (запроса) на вхоц 35 блока 1 ° Сигнал запроса проходит на единичный вход триггера 6, так как он находится в нулевом состоянии и переключает его в состояние 1 . При переключении триггера 6 в состояние "1 формирователь 12 вырабатывает импульс, посредством которого осуществляется прием информации в регистр 11. Сигнал "1" с выхода триггера 6 поступает также на вхоц 27 блока 8 (для блока 8 этот сигнал является запросом), и если этот блок готов к приему информации, то запускает его на прием сигналов с выхода регистра 11. После приема и обработки информации блок 8 осуществляет настройку блоков 1, 2, 3, 4, 15 путем записи соответствующего кода в регистр 10. В результате единичный сигнал с выхоца триггеоа 6 поступает на выход блока 2 и далее на вход блока 3 того элемента среды, от которого рассматриваемый элемент получил запрос, и переключает его триг« гер 7 в нулевое состояние. После этого блок 8 устанавливает триггер 6 в состояние "0 и тем самым разрешает прием очередного слова в регистр 1 1. П р и е м и н ф о р м а ц и и. Поведение ячейки среды при приеме информации после настройки практически не отличается от описанного за исключением лишь того, что формирование ответа осуществляется сразу после переключения триггера 6 в состояние /1", так как блок 2 настроен на реализацию требуемых функций. При поступлении очерецного слова на вход регистра 11 и запроса на вхоц блока 1 триггер 6 снова переключается в 1 Формирователь 12 вырабатывает импульс, с помощью которого осуществляется прием информации в регистр 11. Кроме того, ециничный сигнал с выхода триггера 6 проходит íà BMKoll 38 и далее поступает на вхоц 37 соседней ячейки срецы, от которой ячейка приняла информацию. Формирователь 5 соседнего элемента вырабатывает импульс, под действием которого триггер 7 переключается в состояние 0" и тем самым разрешает передачу очередного слова. 7 7677 Передача информации. Изменение сигнала с "1" на 0 на входе 28 указывает блоку 8, что информация с регистра 1 3 принята в регистр 1 1 соседней ячейки и среда может начать передачу оче«. редного слова. Лля этого блок 8 выстав-, ляет очередное слово на выход 32 и еди яичный сигнал на выход 31, под действием которого элемент 17 запрета вырабатывает сигнал «1" и триггер 7 пере- щ ключается в состояние "1". После переключения триггера в "1« блокируется прохождение сигнала»1" на выход схемы 17 запрета. Единичный сигнал с выхода триггера 7 поступает на вход блока 4, а с его выхоца — на вход блока 1 соседней ячейки срецы и если ее триггер 6 находится в состоянии»0", т. е. если прецыдущее слово принято блоком 8, то переключает его в "1". В результате 2р очередное слово записывается в регистр 11 принимающей ячейки, а блок 2 этой ячейки вырабатывает сигнал «1", который поступает на вход блока 3 передающей ячейки и переключает триггер 7 в 2s состояние »О". Изменение сигнала с "1" на»0» на входе 28 указывает блоку 8, что ячейка может начать передачу следующего слова. П р и е м и и е р е ö à ÷ а и н - м ф о р м а ц и и. С помощью этого режима,, работы осуществляется параллельный обмен информацией между соседними ячейками, например, кольцевой системы (см. фиг. 2, где кольцевая система показана пунктир- З5 ной линией). Блок 8 принимает информацию в регистр 11, поступающую по информационному вхоцу 33 с информационного выхода 34 соседней ячейки, передает информацию с регистра 13, поступающего 4а в него по входу 32. Передача информации из блока 8 осуществляется по сигналу "0«на выходе 28, появляющемуся после установки в »О" триггера 7 сигна.лом по входу 37, аналогично описанному в 45 ,режиме передачи информации. Прием информации блоком 8 осуществляется по сигналу «1" на выходе 27, . появляющемуся при подаче на вход 35 сигнала»1», аналогично описанному в режиме приема информации. Таким образом, в среде возможен параллельный обмен информацией по схеме "кажцая ячейка срецы — своей соседней ячейке", что увеличивает эффективность у вычислит ел ьн oN среды. Формула изобретения 1. Ячейка однородной вычислительной среды, содержащая триггер, блок приема 52 8 запросов, блок приема ответов, блок передачи запросов, блок передачи ответов, блок вычисления арифметических функций и блок настройки, первая группа входов и первая группа выходов которого соединена соответственно с первой группой выходов и первой группой входов блока вычисления арифметических функций, первый, второй, третий и четвертый выхоцы блока настройки соецинены соответственно с первым входом блока передачи ответов, первым входом блока приема запросов, первым входом блока приема ответов, первым входом блока передачи запросов, выход блока приема запросов соединен с ециничным входом первого триггера, нулевой вход которого подключен к пятому выходу блока настройки, единичный выход первого триггера соединен с первым входом блока настройки и вторым входом. блока передачи ответов, группа входов блока приема запросов, группа входов блока приема ответов и вторая группа вкодов блока настройки являются входами ячейки, а вторая группа выходов блока настройки, выхоцы блока перецачи запросов и выкоды блока передачи ответов являются выходами ячейки, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что с целью повышения быстродействия, в ячейку введен второй триггер, ециничный выход которого соединен со вторым входом блока передачи запросов и вторым входом блока настройки, единичный вход второго триггера подключен к шестому выходу блока настройки, а нулевой вход поцсоединен через формирователь импульсов к выходу блока приема ответов. 2. Ячейка по п. 1, отличающ а я с я тем, что блок настройки содержит первый и второй регистры, формирователи импульсов, коммутаторы, элемент запрета, регистр настройки, первый, второй и третий выкоды которого являются соответственно первым, третьим и четвертым выходами блока настройки, четвертый выход регистра настройки соединен с первым вхоцом первого коммутатора, а пятый выход - с первым входом второго коммутатора, выкод которого является вторым выходом блока настройки, второй вход второго коммутатора соединен со входом первого формирователя импульсов и с первым входом блока настройки, управляющие входы первого и второго регистров соединены соот« ветственйо с выходами первого и вторя (008. 1 Составитель Е. Пупырев Техред М.Рейвес Корректор B. Вутяга Редактор И, Грузова Заказ 7196/45 Тираж 751 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д, 4/5 филиал ППП "Harem", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9 767 го формирователей импульсов, информа ционные входы первого регистра являются второй группой входов блока настройки, выходы первого коммутатора являются второй группой выходов блока настройки, а второй вход первого коммутатора подключен к выходу второго регистра, вход второго формирователя импульсов соединен со входом запрета элемента запрета и подключен Ко второму входу блока настройки, выход элемента запрета соединен с шестым выходом блока настройки, вход регистра настройки, информационный вход элемента запрета, пятый выход блока настройки и информационный вход второго регистра являются первой 752 10 группой входов блока настройки, а выход первого регистра, первый и второй входы блока настройки являются первой группой выходов блока настройки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Евреинов Э. B. и Косарев Ю. Г. Однородные универсальные вычислитель10 ные системы высокой производительности. Наука", Новосибирск, 1966, стр. 117127, рис. 28, 29, 30, 31. 2, Авторское свидетельство СССР по заявке М 2503997/18-24/ 15 /098763, кл. g 06 Р 7/00, 04.07.77 f ïðîòîòèè).
