Ячейка однородной вычислительной среды

Изобретение относится к вычислительнойтехнике и может быть использовано при построении однородных вычислительных сред(ОВС), например, систолических процессоров.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет заданияпроизвольной задержки передачи информации.На фиг. 1 изображена функциональнаясхема ячейки однородной вычислительнойсреды; на фиг. 2 - функциональная схема блока программируемой задержки; нафиг. 3 - фрагмент вычислительной средына основе предлагаемой ячейки; на фиг. 4 --временная диаграмма основных элементовячейки при выполнении операции Логическое сложение,Ячейка ОВС (фиг. 1) содержит регистры 1 и 2 программы с полями (1,1 - 1.4 -поля кодов задержек соответственно для информационных выходов ячейки; поля 1,5 --1,7 - входные адреса первого и второго, 2.1 - 2.4 - выходные адреса соответственнодля информационных входов ячейки; поле2.5 - поле кода операции, на которуюнастроена ячейка), группу К 8-триггеров3.1 - 3.3, Р-триггер 4, арифметика-логический элемент 5, группу блоков 6.1 - 6.4 программируемой задержки (БПЗ) групгу мультиплексоров 7.1 - 7.3, группу мультиплексоров 8.1 - 8.4, дешифратор 9 кода операции,коммутатор 10, элементы ИЛИ 11 - 14 элементы ИЛИ - НЕ 15, элементы И 16 - 20,элемент НЕ 21, первый 22 и второй 23 элементы задержки, вход 24 управления вводом программы, вход 25 ввода программы,информационные входы 26.1 - 26.4, тактовыйвход 27, вход 28 сброса, выход 29 выводапрограммы и информационные выходы30.1. - 30,4,Блок 6,1 - 6,4 программируемой задержки(БПЗ) группы (фиг, 2) содержит счетчик31, КБ-триггер 32, элементы ИЛИ 33 и34, элемент ИЛИ - НЕ 35, элементы И 36 -38 и элемент 39 задержки.Регистры 1 и 2 программы служат дляхранения управляющей информации.Первый 3,1 и второй 3.2 КЯ-триггерыпредназначены для промежуточного хранения соответственно первого и второго операндов, третий К 5-триггер 3.3 - для промежуточного хранения третьего операнда (транзита), а Р-триггер 4 - для запоминанияпереноса и учета его на следующем такжепри сложении двух одноразрядных чисел вАЛЭ 5. АЛЭ 5 служит для выполненияопераций над первым и вторым операндами, хранящимися в соответствии в триггерах 3.1 и 3.2. БГ 13 6.1 - 6.4 предназначендля формирования сигнала синхронизациивыдачи информации соответственно длявыходных мультиплексоров 8.1 - 8.4. Группа мультиплексоров 7.1 - .3 служитдля передачи данных на триггеры 3.1 - 3.3 соответственно с информационных входов 26.1 - 26.4 в зависимости от адресной информации, хранящейся в полях 1.5 - 1,7 регистра 1. Группа мультиплексоров 8.1 - 8.4 предназначена для выдачи данных на информационные выходы 30.1 - 30.4 соответственно в зависимости от адресной информации, хранящейся в полях 2.1 - 2.4 регистра 2.Дешифратор 9 кода операции предназначен для формирования управляющих сигналов, организующих работу ячейки. Комму татор 10 служит для организации зацикливания константы в регистре 1 в режиме ;. Генерация константы.Элемент ИЛИ 11 предназначен для сборки сигналов, разрешающих прохождение импульсов на синхровход регистра 1, элемент ИЛИ 12 для сборки сигналов, поступающих на первые информационные входы выход ных мультиплексоров 8. - 8,4, элемент ИЛИ13 - для сборки сигналов инициации работы БПЗ 6.1 - 6.4, элемент ИЛИ 14 - для сборки сигналов обнуления триггеров 3.1 - 3.3, элемент ИЛИ - НЕ 15 - для формирования единичного сигнала после последней выдачи информации из ячейки по информационным выходам 30.1 - 30.4, элементы И 16 и 17 -- для формирования сигналов синхронизации соответственно для регистров 1 и 2,Элементы И 18 и 19, элемент ИЛИ 12и обусловленные ими связи предназначены для организации взаимоисключения операционного режима и режима генерации константы. Элемент И 19, кроме того, служит для блокировки единичного сигнала резуль тата АЛЭ 5 в случае операции И - НЕ (логическое умножение с инверсией) при обнулении триггеров 3.1 - 3.3. Элемент И 20 стжит для разрешения прохождения импульсов с входа 27 после последней выдачи информации из ячейки по выходам 30.130.4. Эле мент НЕ 21 предназначен для блокировкиработы дешифратора 9 при программировании ячейки.Первый элемент 22 задержки служитдля задержки сигнала синхронизации за писи разряда переноса из АЛЭ 5 в триггер4 на время переходных процессов по выдаче информации по выходам 30.1 - 30.4.Второй элемент 23 задержки предназначен для задержки сигнала обнуления триггеров 3.1 - 3.3 на время переходных процессов 50 записи разряда переноса в триггер 4.Счетчик 31 БПЗ (фиг. 2) служит дляотсчета временного интервала програ ммируемой задержки в зависимости от значений кодов программируемых задержек, хранящихся в полях 1.1 - 1.4 регистра 1 програм мы ячейки.Триггер 32 БПЗ предназначен для индикации совершенной выдачи информации со.1386987 3ответственно по выходам 30,1 - 30.4. Элемент ИЛИ 33, элемент И 36 и обусловленные ими связи служат для организации работы счетчика 31 с насыщением в состоянии О.Элемент ИЛИ - НЕ 35 предназначен для формирования установочного сигнала для счетчика 31, элементы И 37 и 38 - для разрешения прохождения тактовых импульсов через БПЗ на синхровходы мультиплексоров 8.1 - 8,4 соответственно в операционно-транзитном режиме и режиме генерации константы, элемент ИЛИ 34 - для сборки сигналов, синхронизирующих работу соответствующих мультиплексоров 8.1 - 84, элемент 39 задержки - для единичного формирования сигнала выдачи информации на первых выходах БПЗ в операционно-транзитном режиме.Единичный сигнал на установочном входе счетчика 31 БПЗ соответствует записи информации в этот счетчик, а нулевой уровень сигнала на его установочном входе разрешает счетный режим счетчика 31.Ячейка ОВС работает следующим образом.Перед началом решения задачи производится программирование ячейки на выполнение определенных функций. При программировании ячейки на входе 24 устанавливается единичный уровень сигнала, который, во-первых, поступая на первые входы элементов И 16 и 17, открывает их для прохождения тактовых импульсов с входа 27 ПЭ на синхровходы регистров 1 и 2 программы и, во-вторых, через элемент НЕ 21 запрещает работу дешифратора 9, на выходах которого индицируются нулевые сигналы. С выхода дешифратора 9, соответствующего режиму Генерация константы, нулевой сигнал поступает на управляющий вход коммутатора О, что приводит к запрещению зацикливания информационных выхода и входа регистра 1 и к разрешению прохождения информации с входа 25 ячейки на информационый вход регистра 1. Через вход 25 ячейки последовательно разряд за разрядом заносится настроечная информация и продвигается по сдвиговым регистрам 1 и 2 к выходу 29 ячейки, который обеспечивает возможность последовательного соединения регистрови 2 программ ячейки в ОВС (фиг. 1 и 3),Окончание программирования производится установлением нулевого уровня сигнала на входе 24 ячейки, который запрещает прием и продвижение информации по регистрам 1 и 2 и разрешает работу дешифратора 9. По окончании программирования . поля регистров 1 и 2 хранят следующую информацию: поля 1.1 - 1.4 хранят коды задержек соответственно для информационных входов 30.1 - 30.4 ячейки; поля 1.5 - 1.7 хранят входные адреса соответственно первого и второго операндов и транзита; поля 2.1 - 2.4 регистра 2 хранят выходные адреса со 4ответственно для информационных выходов 30.1 - 30.4 ячейки, и. поле 2.5 хранит код операции, на которую настроена ячейка.Затем на вход 28 ячейки подается единичный импульс, который обнуляет триггеры 3.1 - 3,3 и 4 и счетчики 31 БПЗ 6.1 - 6.4.После этого работа ячейки может протекать в следующих режимах: операционном, транзитном и режиме генерации константы.Операционный и транзитный режимы мо- О гут протекать одновременно. В режиме генерации константы другие режимы работы ячейки запрещены.Операционно-транзитный режим. В этомрежиме происходит обработка поступающих5 с определенных информационных входов26.1 - 26.4 операндов в АЛЭ 5 и выдача результата операндов и транзита на определенные информационые выходы 30.1 - 30.4 с необходимыми задержками, которые реализуются с помощью БПЗ 6.1 - 6.4. Код опе рации, хранящийся в поле 2.5 регистра 2,преобразуется в дешифраторе 9 в унитарный код, который поступает на управляющий вход АЛЭ 5, задавая тем самым тип выполняемой им операции. В этом режиме разряд на выходе дешифратора 9, соответ-ствующий операции Генерация константы,поступает на второй прямой и второй инверсный входы соответственно элементов И 18 и 19, разрешая прохождение сигнала с выхода результата АЛЭ 5 и запрещая 30 подачу константы с регистра 1 на выходныемультиплексоры 8.1 - 8.4. Этот сигнал также поступает на шестые входы БПЗ 6.1 - 6.4, запрещая прохождение тактовых импульсов через элементы И 38 и ИЛИ 34 на первые выходы БПЗ 6.1 - 6.4 и подготавливая к открытию для прохождения тактовых импульсов элемент И 37. По входным адресам первого и второго операндов и транзита, хранящимся соответственно в полях 1.5 - 1.7 регистра , по тактовым импульсам, поступающим через вход 27 ячейки на синхровходы мультиплек соров 7,1 - 7.3, происходит прием входнойинформации с определенных входов 26,1 - 26.4 в соответствующие триггеры 3.1 - 3.3.Первый и второй операнды хранятся соответственно в триггерах 3.1 и 3.2, транзит - в триггере 3.3. На выходе АЛЭ 5 формиру ется результат операции над содержимымтриггеров 3,1 и 3.2 и через элементы И 19 поступает на первый вход элемента ИЛИ 13, на остальные входы которого поступает информация с прямых выходов триггеров 503.1 - 3.3. При появлении единичного сигнала одного из операндов, транзита или результата АЛЭ 5 на выходе элемента ИЛИ 13 формируется единичный сигнал, который, поступая на третьи входы запуска БПЗ 6.1 - 6.4, инициирует их работу на отсчет определенной у задержки по соответствующему информационному выходу 30.1 - 30.4. Начальное нулевое состояние счетчиков 31 БПЗ 6.1 - 6.4 приводит к появлению нулевого сигнала на, выходе элемента ИЛИ 33 и на первых входах элементов ИЛИ в35 и И 36, что организует работу счетчика 31 с насыщением в состоянии О и при нулевом сигнале на третьем входе БПЗ 6.1 - 6,4 разрешает запись в него информаци по отрицательному тактовому импульсу, поступающему с пятого входа БПЗ через элемент ИЛИ - НЕ 35 на установочный вход счетчика 31, происходитт запись кодов задержек с полей 1.1 -1.4 регистра 1, соответствующих информационным выходам 30.1 - 30,4, в счетчики 31 БПЗ 6.1 - 6.4 соответственно.При записи информации в счетчик 31импульс, поступающий на установочный вход , этого счетчика, подается на вход обнулениятриггера 32, на инверсном выходе которого ; индицируется единичный сигнал, который, , ,поступая через элемент 39 задержки на второй прямой вход элемента И 37, подготав ливает его к открытию для прохождения : тактовых импульсов с пятого входа на пер вый выход БПЗ. После записи кода задержки в счетчик 31 на выходе элемента ИЛИ 33индицируется единичный сигнал, который запрещает запись информации в счетчик 31 и подготавливает его работу в счетном режиме. При появлении единичного сигнала на выходе элемента ИЛИ 13 на установочном входе счетчика 31 устанавливается нулевой сигнал, а элемент И 36 открывается для прохождения тактовых импульсов с пятого входа БПЗ на счетный вычитающий вход счетчика 31. Начинается отсчет интервала временной задержки, по окончании которого счетчик 31 переходит в нулевое состояние, которое через элементы ИЛИ 33 и 36 приводит к запрещению счетного режима счетчика 31 БПЗ группы 4.1 - 4.4, а поступая на третий инверсный вход элемента и 37, открывает его для прохождения тактовых импульсов с пятого входа на первый выход БПЗ группы 6.1 - 6.4. По очередному тактовому импульсу, вопервых, через элементы И 37 и ИЛИ .34 БПЗ происходит синхронизация выдачи информации через определенные выходные мультиплексоры 8.1 - 8,4 на соответствующие информационные выходы 30,1 - 30.4 по соответствующим выходным адресам, хранящимся в полях 2.1 - 2,4 регистра 2, и, во-вторых, устанавливает триггер 32 в единичное состояние, что приводит после выдачи информации из ячейки к закрытию элемента И 37 для прохождения тактовых импульсов до следующей записи информации и инициации работы соответствующего БПЗ 6,1 - 6.4. В общем случае в полях 1.1 -- 1.4 регистра 1 могут храниться различные коды задержек, поэтому выдача первого операнда, транзита и результата АЛЭ может происходить на запрограммированные информационные выходы 30.1 - 30.4 ячейки с различными задержками. После последней выдачи инфор с;10 15 20 эс 30 35 40 45 50 55 мации с выхЬдов 30.1 - 30,4 на вторых выходах всех БПЗ 6.1 - 6.4 индицируются нулевые сигналы, которые приводят к появлению единичного сигнала на выходе элемента ИЛИ - НЕ 15. Этот сигнал разрешает прохождение очередного тактового импульса через элемент 22 задержки на синхровход триггера 4, в который записывается разряд переноса АЛЭ 5 для учета его на следующем шаге обработки данных, а через элементы 22 и 23 задержки и ИЛИ 14 - на входы обнуления триггеров 3.1 - 3.3 и на третий инверсный вход элемента И 19, что приводит к индикации нулевого сигнала на выходе элемента ИЛИ 3. Этот сигнал, поступая через третьи входы БПЗ 6.1 - 6.4 на вторые входы элементов ИЛИ в35 и И 36, запрещает счетный режим счетчика 31 и разрешает по очередному отрицательному тактовому импульсу запись информации в этот счетчик, Происходит очередная запись кодов задержек с полей 1.1 - 1,4 регистра 1 в счетчики 31 соответственно БПЗ 6.1 - 6,4 аналогично рассмотренному. Дифференцированная выдача операндов, транзита или результата АЛЭ 5 на информационные выходы 30,1 - 30.4 ячейки достигается соответствующим программировани.м полей 2.1 - -2 4 регистра 2.Таким образом, в этом режиме возможна выдача с различными задержками на информационные выходы ячейки первого и второго операндов, транзита и результата АЛЭ, что имеет важное значение при организации программируемых систематичес. ких структур, в которых потоки входных операндов и промежуточных результатов в ОВС имеют различные и изменяющиеся направления. При программировании полей 2.1 - 2.4 регистра 2 на выдачу по информационным выходам 30.1 - 30.4 ПЭ только входных операндов и транзита с триггеров 3.1 - 3.3 происходит реализация операции только расширенного транзита, при которой входные операнды с оазличными задержками для каждого информационного выхода 30.1 - 30.4 проходят через ячейки без обработки на АЛЭ 5. Временные диаграммы для основных элементов ячейки, иллюстрирующие операционно транзитный режим на примере операции,Логическое сложение, приведены на фиг. 4.Режим генерации константы. В этом режиме поле 2.5 регистра 2 хранит код операции Генерация константы, который, поступая на дешифратор 9, индицирует на его соответствующем выходе единичный сигнал. Этот сигнал, поступая на управляющий вход коммутатора 10, организует зацикливание информационного выхода и входа регистра 1, а также запрещает подачу данных с входа 25 ячейки на информа ционный вход регистра 1, кроме того, поступая на второй прямой и второй инверсный входы соответственно элементов И 18и 19, запрещает передачу результата АЛЗ 5, разрешает прохождение константы с регистрачерез элемент ИЛИ 12 на первые информационные входы мультиплексоров 8.1 - 8.4 и поступая на шестой вход БПЗ 6.1 - 6.4, закрывает элемент И 37 и открывает элемент И 38 для прохождения тактовых импульсов через БПЗ 6.1 - 6,4 на синхровхо, ды соответствующих выходных мультиплексоров. Происходит периодическая выдача константы с регистра 1 на необходимые информационные выходы 30.1 - 30.4 ячейки, При генерации константы другие режимы работы ячейки запрещены. Таким образом, в этом режиме возможна периодическая выдача произвольной константы, записанной в регистр 1, на любые информационные выходы 30.1 - 30.4 ячейки.При необходимости запрещения работы ячейки в поле 2,5 регистра 2 заносится код Нет операции, и на определенном выходе дешифратора 9 индицируется единичный сигнал, который, поступая через четвертые входы БПЗ 6.1 - 6.4 и на первые инверсные входы элементов И 37 и И 38, запрещает прохождение тактовых импульсов че. рез БПЗ 6.1 - 6.4 на синхровходы мультиплексоров 8.1 - 8,4 и тем самым блокирует их работу и работу ячейки в целом.Формула изобретения1. Ячейка однородной вычислительной среды, содержащая арифметико-логический элемент, первый регистр команд, де шифратор, два элемента задержки, две группы мультиплексоров, причем информационные входы мультиплексоров первой группы соединены с информационными входами ячейки, выход вывода программы которой соединен с выходом младшего .разряда первого регистра команд, выходы первой группы которого соединены с входами дешифратора, выходы группы которого соединены с управ.- ляющими входами арифметико-логического элемента, выходы второй, третьей, четвертой и пятой групп первого регистра команд соединены с управляющими входами мультиплексоров второй группы, выходы которых являются информационными выходами ячейки, выход первого элемента задержки соединен с входом второго элемента задержки, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет задания произвольной задержки передачи информации, она содержит второй регистр команд, три КЯ-триггера, четыре элемента ИЛИ, элемент ИЛИ - НЕ, пять, элементов И, Р-триггер, элемент НЕ, коммутатор и четыре блока программируемой задержки, причем тактовый вход ячейки соединен с входами синхронизации мультиплексоров первой группы и первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ - НЕ, а выход первого элемента И соединен с входом первого элемента задержки, выход которого соединен с синхровходом Р-триггера, вход сброса которого соединен с первыми входами всех блоков программируемой задержки, входом сброса ячейки и с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, выход первого элемента 10 ИЛИ соединен с первым инверсным входом второго элемента И и с нулевыми входами КЯ-триггеров, единичные входы которых соединены с выходами мультиплексоров первой группы, управляющие входы которых 15 соединены с выходами первой, второй и третьей групп второго регистра команд, выходы четвертой, пятой, шестой и седьмой групп которого соединены с вторыми входами с первого по четвертый блоков программируемой задержки соответственно, первые выхо ды которых соединены с синхровходамисоответствующих мультиплексоров второй группы, первые, вторые, третьи и четвертые информационйые входы которых соединены соответственно с входом второго элемента 2 ИЛИ, выходами первого, второго и третьегоК 8-триггеров, выход первого К 5-триггера соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ и первым информационным входом ариф метико-логического элемента, второй информационный вход которого соединен с 30 выходом второго К 8-триггера и вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего К 8-триггера, а выход третьего элемента ИЛИ соединен с третьими входами всех блоков программируемой задержки, вторые выходы котоЗ рых соединены с входами элемента ИЛИ НЕ, четвертый вход третьего элемента ИЛИ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и выходом второго элемента И, прямой вход которого соединен с первым выходом арифметико-логического элемента, второй выход которого соединен с информационным входом Р-триггера, выход которого соединен с третьим информационным входом а риф мети ко-логического элемента, второй вход второго элемента ИЛИ соединен 45 с выходом третьего элемента И, первый входкоторого соединен с выходом младшего разряда второго регистра команд, первым прямым входом коммутатора и информационным входом первого регистра команд, синхровход которого соединен с выходом четвертого эле мента И, первый вход которого соединен стактовым входом ячейки, первым входом пятого элемента И, выход которого соединен с синхровходом второго регистра команд, информационный вход которого соединен с выходом коммутатора, второй прямой вход 55 которого соединен с входом ввода программы ячейки, вход разрешения ввода программы которой соединен с вторым входом чет.вертого элемента И и первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И, а второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с третьим прямым и инверсным входами коммутатора, инверсным входом второго элемента И, вторым входом третьего элемента И и первым выходом дешифратора, Второй выход которого соединен с четвертыми входами всех блоков программируеМой задержки, пятые входы которых соединены с тактовым входом ячейки, а шестые ходы блоков программируемой задержки Соединены с первым выходом дешифратора,2. Ячейка по п. 1, отличающаяся тем, что блок программируемой задержки содеркит три элемента И, два элемента ИЛИ, счетчик, элемент задержки, элемент ИЛИ - НЕ и КЯ-триггер, причем первый вход блока соединен с входом сброса счетчика, информационные входы которого соединены с вторыми входами блока, третий вход которого соединен с первыми входами элемента ИЛИ - НЕ и первого элемента И, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами счетчика, синхровход которого соединен с выходом элемента ИЛИ - НЕ и нулевым входом КЬ-триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И и первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока, четвертый вход которого соединен с первым инверсным и инверсными входами второго и третьего элементов И, первые прямые входы которых соединены с третьими входами первого элемента И и элемента ИЛИ - НЕ и пятым входом блока, шестой вход которого соединен с вторым инверсным и вторым прямым входами второго и третьего элементов И, третий инверсный вход второго элемента И соединен с выходом первого элемента ИЛИ и вторым выходом блока, второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом элемента задержки, вход которого соеди О нен с инверсным выходом КЬ-триггера, выходы первого и третьего элементов И соединены с вычитающим входом счетчика и вторым входом второго элемента ИЛИ.оставитель О. Берези ед И. Верес ж 704 тета СССР по делам - 35, Раушская наое предприятие, г. уж Редактор А. Козориз Тех Заказ 1222/47 Тир ВНИИПИ Государственного ком113035, Москва, Ж Производственно-полиграфиичес оваКорректор О. КравцоваПодписноеизобретений и открытийб., д. 4,5город, ул. Проектная, 4