动态计算机核心PMC362成功设计.PDF

中国科技论文在线 动态计算机核心PMC362 成功设计 姜咏江 对外经济贸易大学信息学院，北京（100013 ） E-mail ：accsys@126.com 摘 要：PMC362 是程序能自动调度执行的动态计算机核。这种结构将各类多处理器设计成 对指令无痕的，将程序放置在环境条件完全具备的一级Cache 级存储单位MU 中，通过MU 的各种连接标志，实现与不同类型处理器连接来完成程序不同的任务执行。这种设计对任意 细划的处理器类型，能够做到程序立即转移执行，从而充分调动全体处理器工作。 关键词：CMP,程序存储单位（MU ）,超并行程序执行,动态计算机,无痕处理器（PU ） 中图分类号：TP301；TP302；TP303 1 引 言 [1] 用操作系统来管理程序执行一直是计算机系统的主流设计思想 ，这种思想不仅全面影 响着软件设计，而且也影响着计算机系统的硬件设计。 操作系统将程序看成“僵死” 的东西，因而程序是否能够到处理器上运行，都完全需要操 作系统来管理控制。由于操作系统自身也是程序，为了实现管理控制，需要特别为其设置高 级别的运行权力，因而操作系统会抢占处理器，占据大量的机时。 在多处理器计算机设计中，必然会产生处理器类型进一步细化问题，例如，CPU、GPU、 DSP 等，这意味着程序在不同类型的处理器之间转移执行，已经成为了不可回避的研究课 题。这种情况下，给操作系统怎样的地位是设计者要深刻思考的问题。如果仍然让操作系统 来管理各处理器运行，那么众多的处理器能否同时充分工作？操作系统自身怎样运行？它在 哪个处理器上运行？操作系统在不同的处理器上运行如何实现内部通信？程序是否还必须 以进程的方式运行？会不会增加“死锁” 的机率？操作系统全面的软件干预是否会影响计算 机的效率？ 本文作者较早时间就认识到了操作系统在对多处理器计算机的不适应性，于2006 年设 计了不用操作系统来管理程序在处理器上执行的计算机核心系统PMC362[2] 。在该计算机系 统中，处理器被细分为多个种类（参考图 1 ），存储器也被分成了只与程序单独相关的存储 器块，与程序计数器、标志寄存器和数据寄存器等，形成程序运行的环境，使其中的程序能 够主动自己选择处理器执行，通过硬件逻辑解决各种冲突，既可排除死锁发生的可能性，又 可使全体处理器能够充分高效运行。 2 动态计算机PMC362 全体程序都以主动的方式动态连接处理器运行的计算机，我们称之为动态计算机。动态 计算机秉承了作者较早的内存分块思想[3]，PMC362 就是这样一款设计成功的核心计算机。 2.1 PMC362 的结构 动态计算机PMC362 的一般结构如图 1所示。PU （Performance Unit ）是运算处理器， 叫执行单位，有3 个。CHL （Channel ）是I/O 处理器，有2 个。T 是程序通信处理器，也有 2 个。MU （Memory Unit ）是程序存储设备，叫程序存储单位，其中包含程序运行的环境， 共有6 个。DV 是外部设备，可有若干个。外部存储器是大容量存储设备，放置任务程序和 数据文件，这种存储设备可以有多个。各设备之间采用关系型总线连接，用逻辑开关控制总 -1- 中国科技论文在线 线与设备的通断。 图 1 PMC362 的结构 在动态计算机核中，处理器PU 、T、CHL 都只负责指令执行，它们既不保留指令执行 的结果，也不具有指令执行的初始条件。处理器都具有忙闲标志（T、CHL 的标志是双向的， PU 是单向的），它们靠这些标志来接受或拒绝MU 或其他设备的连接。 存储单位 MU 中不仅包含程序存储器和数据存储器，而且包含程序运行的全部环境。 也就是说，每个 MU 中都