D a ls z y ro z w ó j s y s te m ó w k o m p u te r o w y c h w y m a g a c ią g łeg o p o p r a w ia n ia ic h g o to w o śc i u ż y tk o w e j, c z y li tzw . d y s p o z y c y jn o ś c i, o r a z z w ię k s z a n ia w y d a jn o ś c i p r z e t w a rz a n ia - O b e c n ie j e s t to m o ż liw e d z ię k i 'z a s to s o w a n iu s y s te m ó w w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w y c h .
S y s te m e m w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w y m je s t s y s te m c y f r o w y , z b u d o w a n y z d w ó c h lu b w ię c e j m i k r o p r o c e s o r ó w o p o r ó w n y w a ln y c h w ła s n o ś c ia c h , w k tó r y m w s z y s tk ie m i
k r o p r o c e s o r y m a ją d o s tę p d o w s p ó ln e j p a m i ę c i o r a z p r z y n a j m n i e j d o c z ę śc i u r z ą d z e ń p e r y f e r y jn y c h , w s z y s tk ie te ż są s t e r o w a n e je d n y m , w s p ó ln y m s y s te m e m o p e r a c y jn y m , a p r z e s ła n i a in f o r m a c j i p o m ię d z y m o d u ła m i f u n k c j o n a l n y m i o d b y w a ją się z p e łn ą s z y b k o ś c ią m i k r o p r o c e s o r ó w . S y s te m y t a k i e z b u d o w a n e z m ik r o p r o c e s o r ó w i t o w a r z y sz ą c y c h im u k ła d ó w m ik ro e le to tro n ic z n y c h o w ie l k i e j (L S I) i b a r d z o w ie lk ie j (V L S I) s k a l i in te g r a c j i, w y r ó ż n ia j ą się n ie s p o ty k a n ą d o tą d d y s p o z y c y jn o ś c ią , k t ó r a w y n ik a z ic h d u ż e j e la s ty c z n o ś c i i w y s o k ie j n ie z a w o d n o ś c i. P o n a d to , z a s to s o w a n ie w ie lu m ik r o p r o c e s o r ó w w je d n y m s y s te m ie z a p e w n ia u z y s k iw a n ie w y s o k ie j w y d a jn o ś c i, g łó w n ie d z ię k i m o ż liw o ś c i je d n o c z e s n e g o p r z e t w a r z a n ia w ie lu z a d a ń o r a z le p s z e g o i b a r d z ie j r ó w n o m i e r n e g o o b c ią ż e n ia u r z ą d z e ń s y s te m u .
R e a s u m u ją c , s y s te m y w ia lo m ik r o p r o c e s o r o w e łą c z ą w so b ie m o ż liw o ś c i n o w o c z e s n y c h u k ła d ó w m i k r o e l e k tr o n i c z n y c h z u d o s k o n a l o n ą o r g a n iz a c ją w ie lo p r o c e s o r o w e g o s y s te m u k o m p u te ro w e g o . N in ie js z y a r t y k u ł o m a w ia w y b r a n e z a g a d n ie n ia a r c h i t e k t u r y s y s te m ó w w ie lo m ik r o p ro c e s o - ro w y c h , s t a n o w i ą c e w p r o w a d z e n ie d o ic h a n a liz y i p r o je k t o w a n i a .
K L A S Y F IK A C JA
S to s o w a n e s ą tr z y p o d s ta w o w e k la s y f ik a c je s y s te m ó w w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w y c h [1, 2, 9]:
• f u n k c j o n a ln a , o p a r t a n a ilo śc i s t r u m i e n i d a n y c h i s t r u m ie n i i n s t r u k c j i o r a z s p o s o b ie ic h w s p ó łd z ia ła n ia w s y s te m ie
• s p r z ę to w a , o p a r t a n a s t r u k t u r z e p o łą c z e ń w e w n ę tr z n y c h s y s te m u
• to p o lo g ic z n a , o p a r t a n a lo g ic z n y m i fiz y c z n y m r o z m ie s z c z e n iu m i k r o p r o c e s o r ó w w s y s te m ie .
K la sy fik a c ja fu n k cjo n a ln a
W s y s te m a c h w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w y c h w y r ó ż n ia się d w a r o d z a je o r g a n iz a c ji f u n k c j o n a ln e j {2, 9]:
• ity p u S IM D (S in g le I n s tr u c t io n — M u ltip le D a ta )
• ty p u M IM D (M u ltip le I n s tr u c t io n — M u ltip le D a ta ).
W s y s te m a c h ty p u S IM D w y s tę p u j e je d e n s t r u m i e ń i n s t r u k c j i i w ie le s t r u m i e n i d a n y c h . C h a r a k t e r y z u je się to ty m , że w y k o n y w a n a je s t r ó w n o le g le p r z e z w s z y s tk ie m i
k r o p r o c e s o r y ta s a m a in s t r u k c j a , le c z n a r ó ż n y c h z e s t a w a c h d a n y c h . P r z y k ła d e m m o ż e b y ć s y s te m r e a l i z u j ą c y o p e r a c je w e k to r o w e , n p . m n o ż e n ie lu b o d w r a c a n ie m a c ie rz y , g d z ie k a ż d y m i k r o p r o c e s o r w y lic z a jed en - w y r a z m a c ie r z y w y n ik o w e j. W te n s p o s ó b c a łe d z ia ł a n ie o d b y w a s ię w je d n y m c y k lu p r z e t w a r z a n ia .
S y s te m y S IM D n a z y w a n e s ą c z ę s to ró w n o le g ło p ro c e s o - r o w y m i i d z ie lo n e s ą n a tr z y p o d k la s y : p r o c e s o r y m a c ie r z o w e lu b ta b lic o w e , z e sp o ły p r z e t w a r z a ją c e i p r o c e s o r y
M gr inż. A n d rzej KO RPA L ukończy!
w 3968 ro k u stu d ia n a W ydziale E le k tro n ik i i E le k tro te c h n ik i A k a
d em ii T echniczno-R olniczej w B yd
goszczy, w sp ecjaln o ści tele k o m u ta- cji.
Od 1973 ro k u p ra c u je w In sty tu cie M aszyn M atem aty czn y ch , O ddział w T o ru n iu , z ajm u ją c się system am i k o m p u tero w eg o ste ro w an ia zespoła
m i o b ra b ia re k . Za o p raco w an ie i w y k o n a n ie sy stem u ste ro w an ia „C en
tru m p ro d u k c y jn y m KOR-1" o trzy m a! w 1976 ro k u N agrodę M inistra P rzem y słu M aszynow ego I S to p n ia oraz N agrodę M in istra N auki, Szkol
n ictw a W yższego i T ech n ik i. Po p rz ek sz tałc en iu In s ty tu tu w T o ru n iu w O środek B adaw czo-R ozw ojo
w y E le k tro n ic zn y c h U kładów Spe
cjalizo w an y ch MERA, p ra c u je od ro k u 197S na stan o w isk u Z astępcy D y re k to ra ds. S ystem ów w Z akładzie D ośw iadczalnym .
M gr inż. A ndrzej KUBIAK u k o ń czył w 1962 r. stu d ia n a W ydziale E le k try cz n y m P o lite c h n ik i Poz
n a ń sk iej. O becnie p ra c u je w Z a
k ładzie T ech n ik i C yfrow ej In s ty tu tu T elek o m u n ik ac ji i E le k tro te ch n ik i A kadem ii T echniczno-R olniczej w B ydgoszczy.
S p ecjalizu je się w tech n ice cy fro w ej.
Jeg o a k tu a ln e z ain tereso w an ia za
w odow e do ty czą system ów m ik ro p ro ceso ro w y ch a w szczególności m etod p ro jek to w a n ia u ż y tk o w y ch sy stem ó w m ik ro p ro ceso ro w y ch .
19
s k o j a r z e n i o w e . P o d k la s y . te ró ż n ią sit; m ię d z y s o b ą o r g a n iz a c ją p a m ię c i i m o ż liw o ś c ia m i m i k r o p r o c e s o r a s t e r u j ą ceg o . U p ro s z c z o n y s c h e m a t s y s te m u ty p u S IM D p r z e d s ta w ia ry s . 1.
W s y s te m a c h ty p u M IM D is tn i e je w ie le s t r u m i e n i in s t r u k c j i i w ie le s tr u m i e n i d a n y c h (ry s . 2). S y s te m y te c h a r a k t e r y z u j ą s ię je d n o c z e s n y m w y k o n y w a n ie m w ie lu r ó ż n y c h z a d a ń n a ró ż n y c h ' s tr u m i e n ia c h d a n y c h . S y s te m y M IM D d z ie l i’ się n a d w ie p o d k la s y : s y s te m y ro z d z ie lo n e i s y s te m y w ie lo p r o c e s o r o w e .
mikroprocesor 1
mikroprocesor Sterujący
pamiió 1
mikroprostar 2
pamięć 2
’mikroprocesor n
p m i t c n
Dane i instrukcje
lty s. 1. S ch em at blokow y sy stem u ty p u SIMD
I i
wspólne pam ięci
pom ieć
parnię*
s ie c p o łą c ze ń
jtw M f inn ych magistrala
' systemu
mapa mapa mapa
pamięci pamięci i t t pamięci
m ik ro p ro ceso ry Z lokalna pamięcią,
i układami W 0 iy
m ik r o p r o c e s o r
m ik ro p r o c e s o r
c
o*
,-v
6
m ik r o p r o c e s o r
s ie ć p o łą c ze ń W t/WY ' kanaty We/wy
W s y s te m ie ro z d z ie lo n y m , k a ż d y z m ik ro p ro c e s o ró w m a n a s t a łe p r z y d z ie lo n e z a d a n ie , k tó r e w y k o n u je s a m o d z ie l
n ie , p o d o b n ie j a k w s y s te m ie je d n o p r o c e s o r o w y m . Z a g a d n ie n ie m w s p ó ln y m d la w s z y s tk ic h m i k r o p r o c e s o r ó w je s t tu p r o b le m k o r z y s t a n i a z ta k i c h w s p ó ln y c h z a so b ó w , ja k : p a m ię ć , u r z ą d z e n i a W E /W Y , m a g i s t r a le . T a k a o r g a n iz a c ja s y s te m u je s t m a ło e la s ty c z n a , le c z s t o s u n k o w o p r o s ta p r z y o p r o g r a m o w a n iu i u r u c h o m ie n iu . P r z y p o p r a w n y m r o z d z ie le n iu z a d a ń n a p o sz c z e g ó ln e m i k r o p r o c e s o r y o r a z o d p o w ie d n io w y s o k ie j n ie z a w o d n o ś c i s p r z ę tu , o r g a n i z a c ja r o z d z ie lo n a (M IM D ) z a p e w n ia d o b r ą w y d a jn o ś ć i d y s p o z y c y jn o ś ć s y s te m u .
W s y s te m ie w ie lo p r o c e s o ro w y m (M IM D ) m ik r o p r o c e s o r y w s p ó ln ie r e a l iz u j ą z a d a n i a , k t ó r e są p o d z ie lo n e n a o- p e r a c j e . O p e r a c je p r z y d z ie la n e są m ik r o p r o c e s o r o m w s p o só b d y n a m ic z n y w z a le ż n o ś c i od s t a n u s y s te m u o r a z o b c ią ż e n ia i m o ż liw o ś c i p o s z c z e g ó ln y c h m ik r o p r o c e s o r ó w . T a k a o r g a n i z a c ja s y s te m u z a p e w n ia je g o d u ż ą d y s p o z y c y jn o ś ć i w y s o k ą w y d a jn o ś ć . P o s ia d a je d n a k tę w a d ę , że o p r o g r a m o w a n ie i u r u c h o m ie n ie s y s te m u jesft z a d a n i e m tr u d n y m i b a r d z o p r a c o c h ło n n y m .
K la sy fik a c ja sp r z ę to w a
W s y s te m a c h w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w y c h s to s o w a n e su tr z y p o d s ta w o w e s t r u k t u r y p o łą c z e ń w e w n ę t r z n y c h p o m ię d z y m o d u ła m i f u n k c j o n a ln y m i [1, 2, 7, 8, 9]:
© w s p ó ln a m a g i s t r a l a p r a c u j ą c a z p o d z ia łe m c z a s u
© p r z e łą c z n ic a k rz y ż o w a
• m a g i s t r a la w ie lo s z y n o w a - w ie lo b ra m o w a .
m ikro-
proce- mikro- proce-sor
mikro- proce
sor
pamięć
Wspólna magistrala
pam ięć p a m ię ć
M /wy
Rys. 2. S ch em at blokow y system u ty p u MIMD
R ys, 3. O rganizacja s y s te m u ' ze w spólną m ag istra la p ra c u ją c ą z podziałem czasu
S y s te m ze w s p ó ln ą m a g is tr a lą , p r z e d s ta w io n y n a ry s . 3, j e s t n a jp r o s ts z y i n a jt a ń s z y . J e d n a k ze w z g lę d u n a to, że lic z b a m o d u łó w w łą c z o n y c h d o w s p ó ln e j m a g i s t r a l i je s t o g r a n ic z o n a je j d o p u s z c z a ln y m o b c ią ż e n ie m , s t r u k t u r a ta j e s t o d p o w ie d n ia d la s y s te m ó w o m n ie js z e j lic z b ie m i k r o p ro c e s o ró w . D o p u s z c z a ln a ic h lic z b a , z a le ż n a o d ic h s z y b k o śc i, c z a s u d o s tę p u d o m a g i s t r a li o r a z r o d z a ju w y k o n y w a n y c h z a d a ń , w a h a się od k il k u do k ilk u d z ie s ię c iu . N p.
d la s y s te m u z b u d o w a n e g o z m ik r o p r o c e s o r ó w IN T E L 8080 z w ię k s z e n ie lic z b y m ik r o p r o c e s o r ó w p o w y ż e j s z e ś c iu n ie p o w o d u je ju ż w z r o s tu w y d a jn o ś c i [3]. I l u s t r u j e to ry s . 4.
S y s te m z p r z e łą c z n ic ą k r z y ż o w ą (ry s. 5) u m o ż liw ia w s p ó łp r a c ę w ię k s z e j lic z b y m ik r o p r o c e s o r ó w o r a z ic h le p s z e w y k o r z y s t a n ie w s y s te m ie . P r z e łą c z n ic a k rz y ż o w a , s t a n o w ią c a p e w n e g o r o d z a ju p o le k o m u t a c y j n e , je s t je d n a k z ło ż o n a i k o s z to w n a . Z d a r z a się, że k o s z t p r z e łą c z n ic y p r z e k r a c z a k o s z t p o z o s ta łe j c z ę śc i s y s te m u . S y s te m y te j>ą j e d n a k c z ę s to s to s o w a n e ze w z g lę d u n a d u ż ą e la s ty c z
n o ść p o łą c z e ń m o d u łó w f u n k c j o n a ln y c h i w y s o k ą w y d a j n o ść.
A J
\
J
R ys, i, P rz y k ład y c h a ra k te ry s ty k sy stem u ze w spólną M agistralą p ra c u ją c ą z podziałem czasu
S y s te m z m a g i s t r a lą w ie 1 o sz y n o w ą -,\viel o b ra m o w ą (p r z e d s ta w io n y n a r y s . 6) p o s ia d a n a j b a r d z i e j r o z b u d o - w a n ą sie ć p o łą c z e ń w e w n ę tr z n y c h . P o le g a o n a n a ty m , że k a ż d y m o d u ł f u n k c j o n a ln y je s t fiz y c z n ie p o łą c z o n y z p o z o s ta ły m i m o d u ła m i s y s te m u . T a k a sie ć p o łą c z e ń n ie j e s t s p e c ja ln ie k o s z to w n a , w y m a g a j e d n a k s to s o w a n ia in d y w id u a ln y c h u k ła d ó w a r b i t r a c j i d o s tę p u d o p o s z c z e g ó ln y c h m o d u łó w , p r z e z co s t a j ą się o n e z ło ż o n e i d ro g ie . D la te g o le ż m a g i s t r a la ta s to s o w a n a je s t w m n ie js z y c h s y s te m a c h .
o — punkty p f t e f a z a m X — in fa m io m połączenia
Hys. 5. O rg an izacja sy stem u z p rzełączn icą k rzyżow ą
Itys. 6. O rganizacja sy stem u z m agistral;» w ieloszynow ą-w iclu- b ram ow ą
K la sy fik a c ja to p o lo g iczn a
F iz y c z n e i lo g ic z n e ro z m ie s z c z e n ie m ik r o p r o c e s o r ó w w s y s te m ie je s t z a g a d n ie n ie m sz c z e g ó ln ie is to tn y m w- tz w . w ie lk ic h s y s te m a c h w ie lo n iik r o p r c c e s o r o w y c h , k tó r e z a w ie r a j ą 100 i w ię c e j m ik r o p r o c e s o r ó w . R o z ró ż n ia s ię n a s tę p u ją c e r o d z a j e to p o lo g ii s y s te m ó w [6]:
® z u p e łn ą
* p ie r ś c ie n io w ą
® d r z e w ia s tą .
S y s te m o to p o lo g ii z u p e łn e j (ry s. 7a) z a p e w n ia b e z p o ś r e d n ią w s p ó łp r a c ę k a ż d e g o m ik r o p r o c e s o r a z p o z o s ta ły m i m i k r o p r o c e s o r a m i d z ia ł a ją c y m i iw s y s te m ie .
S y s te m o to p o lo g ii p ie r ś c ie n io w e j c h a r a k t e r y z u j e s ię c y k lic z n y m k o m u n ik o w a n ie m się m ik r o p r o c e s o r ó w . K a ż d y z n ic h m o ż e w s p ó łp r a c o w a ć b e z p o ś r e d n io z d w o m a s ą s i a d u ją c y m i z n im w p ie r ś c ie n iu m ik r o p r o c e s o r a m i. I l u s t r u j e to ry s . 7b.
W s y s te m ie o to p o lo g ii d rz e w ia -ste j (ry s. 7c), z w a n e j ró w n ie ż h ie r a r c h i c z n ą , m ik r o p r o c e s o r y tw o r z ą s t r u k t u r ę w ie lo p o z io m o w ą .
S Y S T E M Y O P E R A C Y JN E
S y s te m o p e r a c y jn y je s t n a jw a ż n i e js z y m e le m e n te m s y s te m u w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w e g o . O d ja k o ś c i s y s te m u o p e r a c y jn e g o z a le ż y o p ty m a ln e w y k o r z y s ta n ie m o ż liw o ś c i n o w o c z e sn e g o s p r z ę tu — d la o s ią g n ię c ia d u ż e j d y s p o z y c y j
n o śc i i w y s o k ie j w y d a jn o ś c i s y s te m u . W s y s te m a c h w io - lo m ik r o p r o e e s o r o w y c h m o ż n a z a s to s o w a ć tr z y p o d s ta w o w e r o d z a je s y s te m ó w o p e r a c y jn y c h :
® ty p u „ n a d r z ę d n y - p o d r z ę d n y ”
® z o d d z ie ln y m i p r o g r a m a m i z a rz ą d z a ją c y m i
© s y m e tr y c z n y .
21
Rys. 7. P odstaw ow e ro d zaje topologii system ów : a) zupełna, b) p ierścien io w a, c) d rzew iasta
W s y s te m ie ty p u „ n a d r z ę d n y - p o d r z ę d n y ” p r o g r a m z a r z ą d z a ją c y w y k o n y w a n y je s t p r z e z j e d e n w y b r a n y m i k r o p r o c e s o r , z w a n y m i k r o p r o c e s o r e m n a d r z ę d n y m ; p o z o s ta łe m ik r o p r o c e s o r y w y k o n u ją p r z y d z i e lo n e im p r z e z n ie g o z a d a n ia . B e z p o ś r e d n i d o s tę p d o t a k i c h z a s o b ó w s y s te m u o- p e r a c y jn e g o , ja k : ta b l ic e i p r o c e d u r y s y s te m o w e , m a w y łą c z n ie m ik r o p r o c e s o r n a d r z ę d n y . J e s t to w s u m ie n a j p r o s ts z y i n a jt a ń s z y s y s te m o p e r a c y jn y . P o s ia d a je d n a k tę z a s a d n ic z ą w a d ę , że n ie z a p e w n ia d u ż e j e la s ty c z n o ś c i s y s te m u w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w e g o , a a w a r i a m i k r o p r o c e s o r a n a d r z ę d n e g o j e s t k a ta s tr o f a l n a .
S y s te m o p e r a c y j n y z o d d z ie ln y m i p r o g r a m a m i z a r z ą d z a ją c y m i c h a r a k t e r y z u j e s ię .tym , że k a ż d y m i k r o p r o c e s o r p o s ia d a w p a m ię c i s y s te m u w ła s n ą , i n d y w id u a l n ą k o p ię p r o g r a m u z a r z ą d z a ją c e g o i r e a l iz u j e te n p r o g r a m w z a k r e s ie n ie z b ę d n y m d la w y k o n a n ia p r z y d z ie lo n y c h m u z a d a ń . D o s tę p d o z a s o b ó w s y s te m o w y c h (ta b lic i p r o c e d u r) w y m a g a s to s o w a n ia s p e c ja ln e g o a r b i t r a p r o g r a m o w e g o lu b p r o g r a m o w o - s p r z ę to w e g o . T e n r o d z a j s y s te m u o p e r a c y jn e g o z a p e w n ia d o b r ą d y s p o z y c y jn o ś ć i w y d a j n o ść s y s te m u w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w e g o . J e s t j e d n a k z ło ż o n y i d o ść k o s z to w n y .
S y s t e m o p e r a c y j n y s y m e tr y c z n y , c h a r a k t e r y z u j e się tzw . s y m e tr y c z n y m lu b a n o n im o w y m t r a k t o w a n i e m m i k r o p r o c e so ró w . P r o g r a m z a r z ą d z a ją c y m o ż e być w y k o n y w a n y p r z e z k a ż d e g o z n ic h . W te n sp o s ó b k a ż d y m ik r o p r o c e s o r w y k o n u je f u n k c j e p r o g r a m u z a r z ą d z a j ą c e g o z w ią z a n e z a k t u a l n i e r e a l iz o w a n y m z a d a n ie m o r a z te f u n k c je , k tó r e są n ie z b ę d n e do z a in i c jo w a n ia n o w e g o z a d a n i a . S te r ó w a
n ie c a ły m s y s te m e m je s t ró w n ie ż p r z e k a z y w a n e r ó ż n y m m ik r o p r o c e s o r o m . S y s te m o p e r a c y j n y s y m e tr y c z n y z a p e w n ia n a jle p s z e p a r a m e t r y e k s p l o a ta c y j n e s y s te m u w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w e g o . J a k o je d y n y z p r z e d s ta w io n y c h tu s y s te m ó w o p e r a c y jn y c h p o z w a la u z y s k a ć f a k t y c z n ą r e d u n d a n c ję i (tzw. m ię k k i u p a d e k s y s te m u w p r z y p a d k u a w a r i i m ik r o p r o c e s o r ó w . J e d n a k o p r a c o w a n ie i u r u c h o m ie n ie s y s te m u s y m e tr y c z n e g o je s t b a r d z o t r u d n e i k o s z to w n e .
K O M U N IK A C JA M IĘ D Z Y P R O C E S O R O W A
J e ż e l i w ie le m ik r o p r o c e s o r ó w m a w s p ó ln ie w y k o n y w a ć o k r e ś lo n e z a d a n i a , k o n ie c z n e s ą ś r o d k i z a p e w n ia j ą c e w z a j e m n ą łą c z n o ś ć p o m ię d z y n im i. K o m u n ik a c j a m ię d z y p r o - c e s o ro w a m o że b y ć p la n o w a n a (w p r z y p a d k u w y w o ła n ia in n e g o m i k r o p r o c e s o r a d o w y k o n a n ia n ie z a le ż n e g o z a d a n ia ) lu b n ie p l a n o w a n a , b ę d ą c a r e a k c j ą n a b łą d lu b p r z e r w a n ie , s y g n a liz o w a n e p r z e z u r z ą d z e n i a W E /W Y . K o m u n i k a c j ę m ię d z y p r o c e s o r c w ą r e a l iz u j e się p r z e z k o m b in a c ję m e c h a n iz m ó w s p r z ę to w y c h i p r o g r a m o w y c h .
I s tn i e j ą d w ie p o d s ta w o w e m e to d y k o m u n i k a c ji m ię d z y - p r o c e s a r o w e j [4, 7, 8, 9]:
• za p o m o c ą p r z e r w a ń
• z a p o m o c ą w y z n a c z o n y c h o b s z a r ó w w s p ó ln e j p a m ię c i, p r z e g lą d a n y c h c y k lic z n ie .
W p r a k t y c e s t o s u je się k o m b i n a c ję ty c h o b u r o d z a jó w . K o m u n ik a c j a za p o m o c ą w y z n a c z o n y c h o b s z a r ó w w s p ó l
n e j p a m ię c i p o le g a n a u m ie s z c z a n iu in f o r m a c ji w w y z n a c z o n y m o b s z a r z e p a m ię c i p r z e z m ik r o p r o c e s o r w y s y ła ją c y . M ik r o p r o c e s o r o d b ie r a ją c y s p r a w d z a o k r e s o w o z a w a r to ś ć te g o o b s z a r u p a m ię c i. M i k r o p r o c e s o r w y s y ła j ą c y m o ż e z a w ia d a m ia ć m i k r o p r o c e s o r o d b ie r a ją c y o u m ie s z c z e n iu i n f o r m a c j i w p a m ię c i. W ty m c e lu m o g ą b y ć u ż y te : w s k a ź n ik i, s k o k i w a r u n k o w e , p r z e r w a n i a i in s tr u k c j e s p e c j a l n e.
S T E R O W A N IE Z A S O B A M I S Y S T E M U
P r o c e s y lu b z a d a n i a r e a l iz o w a n e w s y s te m ie w ie lo m i- k r o p r o c e s o r o w y m w y k o r z y s tu ją w s p ó ln ą p u lę z a s o b ó w s p r z ę to w y c h i p r o g r a m o w y c h . N a le ż ą d o n ic h : w s p r z ę c ie
— m i k r o p r o c e s o r y , p a m ię ć , k a n a ły W E /W Y , r e j e s tr y , m a g is tr a l e , p a m ię c i z e w n ę tr z n e o r a z w o p r o g r a m o w a n iu — p r o g r a m y , z b io r y d a n y c h , b u f o r y , k o le jk i, z m ie n n e .
I m b a r d z i e j w y k o r z y s t y w a n e są d o s tę p n e z a s o b y , ty m w ię k s z a je s t k o n tr o la w y m a g a n a d la ic h p r z y d z ia łu i ro z w ią z y w a n ia k o n f lik tó w d o s tę p u . P r z e s a d n e w y k o r z y s t y w a n ie z a s o b ó w p o w o d u je k o n ie c z n o ś ć s to s o w a n ia z ło ż o n y c h s t r u k t u r s t e r u j ą c y c h o r a z w ię k s z ą ilo ść k o n f l ik tó w d o s tę p u . W p ły w a to n a o b n iż e n ie p r z e p u s to w o ś c i s y s te m u i m o ż e w y w o ła ć tzw . ś m ie r te ln y u ś c is k , cz y li s y tu a c ję , w k tó r e j d w a lu b w ię c e j z a d a ń o c z e k u je n a z a so b y , k tó r e z o s ta ły ju ż p r z y p is a n e d o w s z y s tk ic h z n ic h . S ta n t a k i m o ż e b y ć p r z e ła m a n y je d y n ie p rz e z s t e r o w a n i e z e w n ę tr z n e ( o p e r a to r a ) , a n ie z a k o ń c z o n e z a d a n i a z a in i c jo w a n e p o n o w n ie .
N a jc z ę ś c ie j d o s t e r o w a n i a w s p ó ln y m i z a s o b a m i s y s te m u w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w e g o w y k o r z y s ty w a n e s ą [7, 8, 9]:
• a r b i t r a c j a
• w s k a ź n ik i s ta n u
• p r z e r w a n i a .
A r b i t e r a k c e p t u j e ż ą d a n i a n a p ły w a ją c e z m ik r o p r o c e s o ró w i r o z w ią z u je k o n f lik t y d o s tę p u . S c e n tr a li z o w a n y a r b i t e r s k ł a d a s ię z o d d z ie ln e j je d n o s tk i s p r z ę to w e j. N p. w f ir m ie IN T E L o p r a c o w a n y z o s ta ł u k ła d s c a lo n y a r b i t r a , s t e r u ją c e g o m a g i s t r a l n ą IN T E L M U L T IB U S d la m i k r o k o m p u te r ó w S B C 80/20 i SB C 80/30. Z d e c e n tr a liz o w a n y a r b i t e r m a o b w o d y s t e r u ją c e r o z d z ie lo n e p o m ię d z y e l e m e n ty a k ty w n e p r z y łą c z o n e d o o k r e ś la n e g o z a s o b u . R o z w ią z a n ie t a k i e k o m p l ik u j e m o d u ły m ik r o p r o c e s o r o w e , a le p o p r a w ia in t e g r a c j ę s y s te m u w p r z y p a d k u a w a r ii.
W s k a ź n ik i s t a n u u m o ż l iw ia j ą r o z w ią z y w a n ie k o n f lik tó w p o m ię d z y w s p ó ln ą p a m ię c ią i u k ła d a m i W E /W Y — p o p rz e z p r o c e d u r ę u s t a w i a n i a i te s to w a n ia ty c h w s k a ź n i
k ó w . M ik r o p r o c e s o r z g ła s z a ją c y ż ą d a n ie t e s t u j e s t a n w s k a ź n ik a b ę d ą c e g o s y g n a l iz a to r e m z a ję to ś c i z a so b u . J e ś l i z a s ó b j e s t z a ję ty , m i k r o p r o c e s o o r m u s i c z e k a ć n a o tr z y m a n i e d o s tę p u . Jeżedi z a s ó b j e s t w o ln y , w s k a ź n ik j e s t u - s t a w i a n y w s t a n z a ję to ś c i (p o d c z a s d o s tę p u d o z a so b u ) i z e r o w a n y , g d y m i k r o p r o c e s o r z w a ln ia z a só b . J e d n o c z e s n e ż ą d a n ie z a s o b u p r z e z w ie le m ik r o p r o c e s o r ó w m u s i b y ć ta k ro z w ią z y w a n e , a b y ty l k o je d e n z ic h o tr z y m a ł d o stę p .
P r z e r w a n i a w s y s te m i e w ie lo m iik ro p ro c e s o ró w y m m a ją s z e r o k ie z a s to s o w a n ie . S ą o n e u ż y w a n e w p r z y p a d k u :
• w e w n ę t r z n y c h b łę d ó w m ik r o p r o c e s o r a , ta k i c h j a k : b łą d a rz y s to ś c i, b łę d n y k o d o p e r a c ji, a d r e s s p o z a z a k r e s u 1
o b słu g i s y g n a łó w z e g a ro w y c h , r e a l iz u j ą c y c h o d m ie r z a n ie c z a s u i z e g a ry c z a s u rz e c z y w is te g o
• o b s łu g i u r z ą d z e ń z e w n ę tr z n y c h : g o to w o ś c i, z a k o ń c z e n ia tr a n s m i s j i w k a n a le , o d łą c z e n ia u r z ą d z e n ia .
P r z e r w a n i a m o g ą b y ć r ó w n ie ż w y k o r z y s t a n e d o s y n c h r o n iz a c ji 'k o m u n ik a c ji p o m ię d z y m i k r o p r o c e s o r a m i (p o d c z a s k o r z y s ta n ia ze w s p ó ln e j p a m ię c i) o r a z p r z y p is y w a n ia z a d a ń lu b u rz ą d z e ń .
I s t n i e j e k i l k a m e to d o b s łu g i p r z e r w a ń w s y s te m a c h w ie - lo m iik ro p ro c e s o ro w y c h . U r z ą d z e n ia z e w n ę tr z n e m o g ą być p r z y p is a n e z g ó ry d o o k re ś lo n e g o m ik r o p r o c e s o r a lu b d y n a m ic z n ie k ie r o w a n e d o m i k r o p r o c e s o r a n a jl e p ie j w y p o s a ż o n e g o ido o b s łu g i. P r z y p i s a n i e s t a łe m o że b y ć z r e a l i
z o w a n e p r z e z n a d r z ę d n e g o a r b i t r a s p r z ę to w e g o , c z y li ta w . p rz e łą c z n ik p r z e r w a ń , k t ó r y m m o że b y ć b a r d z o s z y b k i m i k r o p r o c e s o r . P r z y p is a n ie d o k o n y w a n e j e s t n a p o d s t a w ie z d o ln o ś c i o b słu g i, d o s tę p n o ś c i, a io k a c ji z a d a ń i p r i o r y t e tó w p r o g r a m o w y c h k a ż d e g o m ik r o p r o c e s o r a .
S ta ł e p r z y p i s a n ie ip r z e rw a ń j e s t n a jp r o s ts z y m r o z w ią z a n ie m , a l e o g ra n ic z a z n a c z n ie e la s ty c z n o ś ć s y s te m u i n ie z a p e w n ia s to p n io w e g o z m n ie js z e n ia s ię w y d a jn o ś c i (tzw . m ię k k ie g o u p a d k u ) p o d c z a s a w a r i i m ik r o p r o c e s o r ó w . D y n a m ic z n e p r z y p i s y w a n ie p r z e r w a ń j e s t p o z b a w io n e ty c h w a d , n ie m n ie j j e s t b a r d z ie j zło żo n e .
U K Ł A D Y M IK R O PR O C ESO R O W E
O g ó ln ie , w y m a g a n ia n a u k ła d y m ik r o p r o c e s o r o w e [2, 5, 7, 8, 9] p o ż ą d a n e d la s y s te m ó w w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w y c h , w y n ik a ją z f u n k c ji, ja k i e r e a l iz u j e m i k r o p r o c e s o r w t a k im s y s te m ie . S ą to :
• w s p ó ł p r a c a z u k ła d a m i « te r u ją c y m i d o s tę p e m do w s p ó l
n y c h z a s o b ó w
• k o m u n i k a c ja m ię d z y p r o c e s o r o w a
• w s p ó łp r a c a z k a n a ła m i i u r z ą d z e n i a m i W E /W Y .
D la z a p e w n ie n i a w s p ó łp r a c y z u k ła d a m i s t e r u ją c y m i w s p ó ln y m i z a s o b a m i s y s te m u .k o n ie c z n e je s t, a b y m ik r o p r o c e s o r p o s ia d a ł w e jś c ie H O L D i w y jś c i e H O L D A C K - N O W L E D G E . W e jś c ie H O L D z a t r z y m u j e p r a c ę m i k r o p r o c e s o r a o r a z u s ta w ia je g o m a g i s t r a le d a n y c h , a d r e s ó w i li n ii s t e r u ją c y c h w s t a n w y s o k ie j im p e d a n c ji (p o z a k o ń c z e n iu a k t u a l n i e w y k o n y w a n e j in s tr u k c ji) , a k ty w iz u j ą c je d n o c z e ś n ie w y jś c ie H O L D A C K N O W L E D C E . P o z a n ik u s y g n a łu H O L D m ik r o p r o c e s o r ro z p o c z y n a w y k o n y w a n ie n a s t ę p n e j in s t r u k c j i .
C e c h a tr ó js t a n o w o ś c i m ik r o p r o c e s o r ó w j e s t s z c z e g ó ln ie w a ż n a w m a ł y c h s y s te m a c h w ie lo m ik r o p r o c e s o r o w y c h , w k tó r y c h m a g i s tr a le w e w n ę tr z n e m i k r o p r o c e s o r ó w i m a g i
s t r a l e s y s te m o w e s ą w s p ó ln e . W w ię k s z y c h s y s te m a c h s t o s o w a n e są u k ła d y p r z e k s z ta ł c a ją c e m a g i s t r a lę w e w n ę t r z n ą w m a g i s t r a lę s y s te m o w ą . U k ła d y ta k ie z a w ie r a j ą o d p o w ie d n ią lo g ik ę s t e r u j ą c ą , b u f o r y d a n y c h i a d r e s ó w o r a z z a p e w n ia j ą o d łą c z a n ie i d o łą c z a n ie m i k r o p r o c e s o r a d o m a g i s t r a l i s y s te m u .
D o w s p ó łp r a c y z u r z ą d z e n ia m i W E /W Y , a ta k ż e do w s p ó łp r a c y z in n y m i z a s o b a m i s y s te m u , k o n ie c z n e je s t w e jś c ie s t e r u ją c e R E A D Y , k tó r e u m o ż liw ia u s t a w i e n ie m i
k r o p r o c e s o r a w s t a n W A IT (g d y u r z ą d z e n ie , d o k tó r e g o z o s ta ło w y s ła n e z g ło s z e n ie n i e o d p o w ia d a z p o w o d u k o n f l i k t u d o s tę p u d o m a g i s t r a l i lu b z a ję to ś c i).
W c e lu z a p e w n ie n ia e f e k ty w n e j k o m u n i k a c ji m ię d z y - p r o c e s o r o w e j i w s p ó łp r a c y z in n y m i m o d u ła m i s y s te m u k o n ie c z n e s ą s y g n a ły IN T E R R U P T i IN T E R R U P T A C K - N O W L E D G E , u m o ż liw ia ją c e p r z y j m o w a n ie i o b s łu g ę p r z e r w a ń .
W ię k sz o ść u k ła d ó w m ik r o p r o c e s o r o w y c h s p e łn ia p r z e d s t a w io n e w y ż e j w y m a g a n ia . S ą to w y m a g a n ia m in im a ln e . C z ę sto p o ż ą d a n e je s t, a b y u k ła d y m ik r o p r o c e s o r o w e d o s t a r c z a ł y in f o r m a c j i o s t a n ie c y k lu m a s z y n o w e g o i o d p o w ie d n ic h sy g n ałó w - s tr o b u m a g i s t r a li n a w y d z ie lo n y c h w y p ro w a d z e n ia c h . S y g n a ły te m o g ą b y ć w y k o r z y s ta n e do s t e r o w a n ia m a g i s tr a lą i w y k r y w a n i a a w a r ii . J e s t r ó w n ie ż p o ż ą d a n e , a b y m i k r o p r o c e s o r y p o s ia d a ły m o ż liw o ś ć a d r e s o w a n ia in d e k s o w e g o lu b p o ś r e d n ie g o , w c e lu r e a l i z a c j i m a p y p a m ię c i.
J e ż e li m i k r o p r o c e s o r p r a c u j e w r o z b u d o w a n y m m o d u le m i k r o p r o c e s o r o w y m , c e lo w e je s t w y p r o w a d z e n ie z t a k ie g o m o d u łu w y jś c ia B U S R E Q U E S T d o u k ła d u a r b i t r a m a g i s t r a l i o r a z d o łą c z e n ia w e jś c ia B U S G R A N T .
LITERATURA
[1] y u n F en g T .: A c o n fig u ra b le m u ltip le — m icro p ro cesso r o r
g anization, M icro arc h ite ctu rc of C o m p u ter S y stem s EUROMICRO, 1975
[2] F u lle r S. H., O u ste rh o u t J . K „ R askin L „ R u b ln feld P. J., S iu d h u P. J., Sw an R. J.: M u lti-m icro p ro cesso rs: An o v erv iew an w o rk in g exam ple, P ro ceed in g s of th e I E E E , vol. 66, no. 2, 197a [3] H o en er S., R o eh d er W .: E fficien cy of a m u ltim icro p ro cesso r system w ith tim e s h a re d busses, EUROMICRO 1977
[4] H o p k in s A. L., L ala J. H., S m ith T. B.: FTM P — A highly re liab le fa u lt-to le ra n t m u ltip ro cesso r fo r a irc ra ft, P roceedings of th e IEEE, vol. 66, no. 10, 1973
[5] O kada Y., T ajim a II., M ori R.: A novel m u ltip ro ce sso r a rra y , S econd Sym posium on M lc ro -A rch ltec tu re EUROMICRO 1976 [61 P rc n e r D.: L arge m u ltim icro p ro cesso r system s, M icroproces
sors and m icrosystem s, vol. 3, 1979
[7] T h u rb e r K. J .: P a ra lle l processor a rc h ite c tu re s P a r t 1: G e
n eral purpose system s, C o m p u ter Design, vol. 1, 1979
[8] T h u rb e r K. J .: P a ra lle l processor a rc h ite c tu re s -P a rt S. S p e
cial pu rp o se system s, C o m p u ter Design, vol. 2, 1979
[?J W eissberger A. J .: A nalysis of m u ltip le — m icro p ro cesso r sy stem a rc h ite c tu re s, C om puter Design, vol. 1977.