Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы
Выполнен анализ команд некоторых коммерческих PIM-систем. Предложены принципы построения, базовые форматы и сокращенный набор команд гипотетической PIM-системы, отражающие особенности ее архитектурно-структурной организации, определяемые уровнем развития элементной базы и свойствами реализуемого алг...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2008
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6496 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы / Е.В. Елисеева, Ю.С. Яковлев // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2008. — № 7. — С. 39-47. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6496 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-64962025-02-09T22:36:11Z Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы The concept and principles of construction of formats and set of commands of hypothetical PIM-system Елисеева, Е.В. Яковлев, Ю.С. Выполнен анализ команд некоторых коммерческих PIM-систем. Предложены принципы построения, базовые форматы и сокращенный набор команд гипотетической PIM-системы, отражающие особенности ее архитектурно-структурной организации, определяемые уровнем развития элементной базы и свойствами реализуемого алгоритма. Виконаний аналіз команд деяких комерційних РІМ-систем. Запропоновані принципи побудови, базові формати та скорочений набір команд гіпотетичної РІМ-системи, які відображають особливості її архітектурно-структурної організації. The analysis of commands of some commercial PIM-systems is executed. Construction principles, base formats and the reduced set of commands of a hypothetical PIM- systems reflecting features of its architecturally-structural organization, defined by a level of development of electronic components and properties of realized algorithm are offered. 2008 Article Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы / Е.В. Елисеева, Ю.С. Яковлев // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2008. — № 7. — С. 39-47. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6496 681.324 ru application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Выполнен анализ команд некоторых коммерческих PIM-систем. Предложены принципы построения, базовые форматы и сокращенный набор команд гипотетической PIM-системы, отражающие особенности ее архитектурно-структурной организации, определяемые уровнем развития элементной базы и свойствами реализуемого алгоритма. |
| format |
Article |
| author |
Елисеева, Е.В. Яковлев, Ю.С. |
| spellingShingle |
Елисеева, Е.В. Яковлев, Ю.С. Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы |
| author_facet |
Елисеева, Е.В. Яковлев, Ю.С. |
| author_sort |
Елисеева, Е.В. |
| title |
Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы |
| title_short |
Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы |
| title_full |
Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы |
| title_fullStr |
Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы |
| title_full_unstemmed |
Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы |
| title_sort |
концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической рім-системы |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2008 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6496 |
| citation_txt |
Концепция и принципы построения форматов и набора команд гипотетической РІМ-системы / Е.В. Елисеева, Ю.С. Яковлев // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2008. — № 7. — С. 39-47. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT eliseevaev koncepciâiprincipypostroeniâformatovinaborakomandgipotetičeskoirímsistemy AT âkovlevûs koncepciâiprincipypostroeniâformatovinaborakomandgipotetičeskoirímsistemy AT eliseevaev theconceptandprinciplesofconstructionofformatsandsetofcommandsofhypotheticalpimsystem AT âkovlevûs theconceptandprinciplesofconstructionofformatsandsetofcommandsofhypotheticalpimsystem |
| first_indexed |
2025-12-01T11:18:56Z |
| last_indexed |
2025-12-01T11:18:56Z |
| _version_ |
1850304561921654784 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 39
E.V. Yelisyeyeva, Yu.S. Yakovlev
THE CONCEPT AND
PRINCIPLES OF
CONSTRUCTION OF FORMATS
AND SET OF COMMANDS OF
HYPOTHETICAL PIM-SYSTEM.
The analysis of commands of some
commercial PIM-systems is execu-
ted. Construction principles, base
formats and the reduced set of com-
mands of a hypothetical PIM-
systems reflecting features of its
architecturally-structural organiza-
tion, defined by a level of develop-
ment of electronic components and
properties of realized algorithm are
offered.
Виконаний аналіз команд деяких
комерційних РІМ-систем. Запро-
поновані принципи побудови, базо-
ві формати та скорочений набір
команд гіпотетичної РІМ-систе-
ми, які відображають особливос-
ті її архітектурно-структурної
організації.
Выполнен анализ команд некото-
рых коммерческих PIM-систем.
Предложены принципы построе-
ния, базовые форматы и сокра-
щенный набор команд гипотети-
ческой PIM-системы, отражаю-
щие особенности еѐ архитек-
турно-структурной организации,
определяемые уровнем развития
элементной базы и свойствами
реализуемого алгоритма.
Е.В. Елисеева, Ю.С. Яковлев,
2008
УДК 681.324
Е.В. ЕЛИСЕЕВА, Ю.С. ЯКОВЛЕВ
КОНЦЕПЦИЯ И ПРИНЦИПЫ
ПОСТРОЕНИЯ ФОРМАТОВ И НАБОРА
КОМАНД ГИПОТЕТИЧЕСКОЙ
PIM-СИСТЕМЫ
Введение. PIM-системы по сравнению с ком-
пьютерными системами (КС), построенными
по классическим принципам, имеют ряд пре-
имуществ, особенно при реализации задач,
требующих массового обращения к памяти
и обладающих возможностями широкого
распараллеливания алгоритмов их реше-
ния [1, 2]. Эти преимущества, в основном,
определяются особенностями их архитектур-
но-структурной организации и выражаются
в следующем:
– достижение высокой производительно-
сти системы в целом (более чем на порядок)
за счет широкой полосы пропускания по ка-
налу процессор-память и тем самым за счет
оптимального согласования скорости работы
процессора и памяти, которые размещены на
одном кристалле;
– уменьшение потребляемой мощности,
габаритов и веса PIM-системы при одинако-
вой производительности с КС и др.
Особенности PIM-систем с архитектурной
точки зрения, прежде всего, представляются
через систему команд и структуру их форма-
тов, которые по мере развития интегральной
технологии и возрастания степени интегра-
ции БИС развиваются и усложняются, так
как появляется возможность применять
внутри БИС PIM-системы более сложные
процессорные элементы с большей емкостью
памяти и расширенными функциональными
возможностями. Это достаточно убедительно
подтверждается форматами команд коммер-
ческих PIM-систем, созданных за рубежом
в различные периоды времени.
Е.В. ЕЛИСЕЕВА, Ю.С. ЯКОВЛЕВ
40 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7
Учитывая высокую актуальность проблемы создания и применения
PIM-систем, в том числе в качестве приставки к ЭВМ и кластерам, а также воз-
можность реализации такой приставки – ускорителя на базе ПЛИС, целесооб-
разно разработать проекты форматов и систему команд, так называемой гипоте-
тической PIM-системы (GPIM), особенности архитектурно-структурной органи-
зации которой определены современным состоянием микроэлектроники, а также
расширенными функциональными возможностями, диктуемыми возрастающей
сложностью пользовательских задач [3]. Естественно, что такую гипотетиче-
скую архитектуру можно использовать в качестве прототипа при разработке
проектов PIM-систем различного назначения.
Примеры форматов команд коммерческих PIM-систем
Форматы команд PIM-системы типа CRAM. В первых РIM-системах типа
CRAM (Computational-RAM) были использованы в качестве базовых процессо-
ров памяти элементарные 1-битовые процессоры последовательного типа [4],
что позволило создать БИС памяти с минимальными конструктивными и тех-
нологическими изменениями.
Все команды CRAM 32-разрядной ширины и имеют однородный
RISC-подобный формат (рис. 1). 8-битовый OPCODE (код операции) представ-
ляет операцию (например, сложение), которая будет выполнена командой.
РИС. 1. Формат команды РIM-системы типа CRAM
Эта область (поле) указывает на адрес начала операции микрокоманды
в памяти управления. 8-битовая ширина означает, что память управления может
быть до 256 слов, хотя используется адресное картографирование.
В формате команды есть три 8-битовых операндных области, которые мо-
гут быть или адресами операндов в операции CRAM, или непосредственными
значениями в командах для загрузки регистров CRAM-контроллера. Чтобы ад-
ресоваться к строке CRAM-памяти за пределами 256, операндные адреса расши-
рены с помощью регистров расширения адреса.
Форматы команд PIM-систем типа PIMLite [5]. Коммерческая PIMLite
имеет 16-разрядные команды: 6-битовый код операции, 5 адресных битов и
5 битов регистров источников данных. Так как используется 6 битов, чтобы за-
кодировать код операции, то PIMLite может содержать 64 команды.
Форматы команд PIM-системы IMAP. Данная PIM-система типа IMAP
(Integrated Memory Array Processor) ориентирована на обработку графических
изображений [6]. Каждый чип содержит 64 процессорных элемента, интегриро-
ванных с 2 Мбайтами статической памяти типа SRAM. При этом полоса про-
Код операции
(OPCODE)
Операндная область
(OPR0)
Операндная область
(OPR1)
Операндная область
(OPR2)
31 24 23 16 15 8 7 0
КОНЦЕПЦИЯ И ПРИНЦИЦЫ ПОСТРОЕНИЯ ФОРМАТОВ И НАБОРА КОМАНД…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 41
пускания по каналу память-процессор составляет 1,28 Гбайт/с; используется 8-
раз-рядный процессорный элемент (PE), так как пиксель, в основном, представ-
ляется и обрабатывается 8-разрядами данными. Формат команды IMAP показан
на рис. 2.
РИС. 2. Коды команды IMAP
Формат команды, представленный на рис. 2, содержит поля кода операции
РЕ и поля кода операции доступа к памяти. Поэтому как РЕ, так и память могут
выполнять свои операции одновременно.
Набор команд IMAP состоит из 37 инструкций, в том числе: 11 команд
АЛУ, 8 команд поиска по таблице, 7 команд сдвига, 2 флаговые команды, 4 ко-
манды передачи внутри РЕ, 3 команды маски установки/сброса и 2 команды
выдачи данных.
Код операции памяти образован из 3-байтового поля команды операции па-
мяти и 1-битного поля режима (метода адресации). Набор команд обращения
к памяти содержит две рабочие команды и две команды хранения (запомина-
ния). При выполнении операции доступа к памяти старшая или младшая поло-
вина слова передается между блоком памяти и регистром данных памяти. Один
бит способа адресации указывает на прямой или косвенный способы адресации.
Базовые форматы команд чипа DIVA. Чип DIVA (Data Intensive
Architecture) – устройство памяти с вычислительными возможностями и аппа-
ратными средствами коммуникации состоит из памяти емкостью несколько
мегабайт и процессора [7 – 9]. Узлы на PIM-чипе совместно используют host-
интерфейс и компоненту маршрутизации одного PIM (PIM Routing Component
– PiRC), которая реализует маршрутизацию пакетов из чипа через PIM-to-PIM
линию связи и определяет направление перемещения пакетов внутри чипа.
Чип DIVA содержит два информационных канала: 32-разрядный скаляр-
ный информационный канал, который выполняет операции подобно стандарт-
ным 32-разрядным целочисленным модулям, и 256-битовый информационный
канал широких слов (WideWord), который выполняет параллельные операции
с 8, 16, или 32-разрядными операндами. Система команд спроектирована таким
образом, что оба информационных канала могут использовать те же самые коды
операции и коды условия (состояния), генерируя большое функциональное пе-
рекрытие. Скалярный информационный канал представлен стандартной RISC
архитектурой, дополненной несколькими специфическими функциями DIVA
для координации с широкословным информационным каналом. Каждый инфор-
мационный канал имеет свой собственный независимый универсальный регист-
Код операции памяти
1 бит
Способ
адресации Команда
РЕ
Источник
1
Источник
2
Место на-
значения
Ближайшее
значение
Команды
памяти
Код операции РЕ
6 бит 5 бит 5 бит 5 бит 8 бит 3 бит
Е.В. ЕЛИСЕЕВА, Ю.С. ЯКОВЛЕВ
42 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7
ровый файл с 32 регистрами. Специальные команды обеспечивают прямые пе-
редачи между регистровыми файлами, минуя память.
Большинство команд скаляра DIVA используют формат с тремя полями,
чтобы специфицировать два регистра источников и регистр места назначения
(рис. 3). Для этих типов команд код операции вообще обозначает класс опера-
ций, таких как арифметика, а функция обозначает специфическую операцию,
такую как сложение.
РИС. 3. Форматы арифметико-логических команд скалярного DIVA
Бит C указывает, выполнялась ли операция командой обновления кодов ус-
ловия. Вместо второго регистра источника, 16-разрядное непосредственное зна-
чение может быть определено. Набор скалярной машинной команды включает
типичные арифметические функции типа сложения, вычитания, умножения
и деления; логические функции И, ИЛИ, НЕ, неэквивалентность, а также логи-
ческие операции / операции арифметического сдвига.
Большинство команд DIVA WideWord подобно скалярным командам ис-
пользуют трехоперандный формат, чтобы установить два 256-битовых регистра
источника и 256-битовый регистр адреса (рис. 4).
РИС. 4. Формат команд WideWord канала DIVA
Код операции, так же как и для скалярного канала, определяет класс опера-
ций, таких как арифметика, а функция обозначает специфическую операцию
типа сложения или вычитания. Бит C указывает, выполнялась ли операция путем
выполнения машинной команды обновления кодов условий. Поле WW указы-
вает ширину операнда, позволяя данным WideWord, быть обработанными как
упакованный массив объектов размером из восьми, шестнадцати или тридцати
двух битов. Эта характеристика означает, что арифметико-логическое устройст-
во WideWord может быть представлено как переменное (по ширине) количество
параллельных АЛУ.
Код команды Регистр D Регистр A Регистр B C Запасной Функция
6 бит 6 бит 5 бит 1бит 4 бит 5 бит 5 бит
Формат R для операционных регистров
Код команды Регистр D Регистр A Непосредственный
16 бит 6 бит 5 бит 5 бит
Формат I для прямых (непосредственных) операций
Код команды Регистр wD Регистр wA Регистр wB C РР Функция
6 бит 6 бит 5 бит 1бит 2бит 5 бит 5 бит
WW
2бит
КОНЦЕПЦИЯ И ПРИНЦИЦЫ ПОСТРОЕНИЯ ФОРМАТОВ И НАБОРА КОМАНД…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 43
Поле PP указывает режим участия, вид выборочного выполнения подполя,
которое зависит от состояния локальных и соседних кодов условия. Подполя,
которые участвуют в условном выполнении данной машинной команды, форми-
руются из кодов условия или регистра маски плюс 2-битовое поле участия ма-
шинной команды.
Состав набора команд WideWord включает (примерно) 30 команд, осущест-
вляющих типичные команды арифметики, такие как сложение, вычитание и ум-
ножение, логические функции И, ИЛИ, НЕ, неэквивалентность и логические
операции арифметического сдвига. Кроме того, имеются команды загруз-
ки/хранения и команды передачи управления, которые используются для массо-
во насыщенных взаимодействий между скалярным и WideWord информацион-
ными каналами. Некоторые специальные команды ИС включают перестановку,
слияние и упаковку/распаковку.
Есть также несколько команд, которые являются особенно полезными для
обеспечения эффективности операций поиска данных, например: ELO – закоди-
ровать крайний левый, CLO – очистить крайний левый, BA – переход по всем,
BN – переход ни по одному.
Форматы и набор команд гипотетической PIM-системы
При построении системы команд целесообразно принять за основу следую-
щие концептуальные положения, вытекающие из особенностей архитектурно-
структурной организации PIM-систем:
1. Работа PIM-системы в следующих режимах: в режиме оперативной (ос-
новной) памяти процессора, реализующей классические функции (чтение, за-
пись, хранение данных), в режиме дополнительной памяти, расширяющей ем-
кость основной памяти, и в режиме среды обработки информации. Возможность
работы с операндами большой разрядности (64 и более бит)
3. Одновременная обработка большого количества операндов, входящих
в длинное слово, разрядность которого соответствует полной разрядности стро-
ки, принадлежащей банкам памяти, размещенным на чипе, которая считывается
за одно обращение к памяти чипа.
4. Передача любого операнда длинного слова, считанного из памяти чипа,
к любому процессорному элементу (процессорному ядру – ПЯ) за счет аппарат-
но-программных средств, обеспечивающих их коммутацию.
5. Обработка скалярных, векторных и векторно-скалярных данных.
6. Возможность использования в качестве ведущих процессоров (ВП) и ПЯ
функционально насыщенных, достаточно сложных процессоров, в том числе
специализированных.
7. Наличие помимо классических команд арифметики и управления допол-
нительных специфических команд, отражающих особенности организации вы-
числительного процесса PIM-системы, в том числе – согласно пп. 1–5.
8. Исходная настройка (выбор) и возможность динамической перестройки
ресурсов: ВП и ПЯ, банков памяти и иерархической системы памяти в целом
(как в реконфигурируемых системах). Распределение загрузки ВП и ПЯ при
реализации алгоритма.
Е.В. ЕЛИСЕЕВА, Ю.С. ЯКОВЛЕВ
44 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7
9. Управление вычислительным процессом с помощью управляющих паке-
тов, сформированных либо хост-компьютером, либо отдельным блоком, разме-
щенном на одном кристалле с процессорами и памятью.
10. Масштабирование (наращивание мощности) системы.
В общем случае PIM-система, как и любая другая компьютерная система,
должна содержать стандартный набор команд, а также команды, отражающие
специфику архитектурно-структурной организации и применения систем такого
класса, которые должны быть сформированы в соответствии с вышеизложенны-
ми принципами.
Стандартный набор команд содержит команды арифметики, сдвига, услов-
ного/безусловного переходов, анализа и поиска по таблицам (например, вирту-
ального адреса), сброса/установки маски, пересылок, ввода-вывода и др.
Стандартные арифметические команды могут иметь скалярный, векторный,
или векторно-скалярные форматы.
Скалярный формат работает с двумя m-разрядными скалярами аналогично
типичному RISC-микропроцессору. Операнды определяются маскированием
m-разрядных слов в пределах регистров длинного N-разрядного слова (N = k×m;
N m). Полученное в результате выполнения операции длинное слово записы-
вается полностью в КЭШ. В соответствии с этим предлагается базовый
32-разрядный формат скалярных команд гипотетической PIM-системы (рис. 5).
РИС. 5. Базовый формат скалярных команд гипотетической PIM-системы
При этом приняты обозначения: Кл.ОП.РЕ – класс операций (арифметиче-
ские, логические, пересылки, сдвиги и т. п. – всего 16 классов); Тип ОП.РЕ – тип
операций (сложение, умножение, вычитание и т. п. – всего 64 типа); ШОП – ши-
рина операнда (например, 8 бит, 16 бит, 32 бит и т. д. – всего 8 разновидностей);
СА – способ адресации (прямая, косвенная).
Векторные команды подобны скалярным командам: они также используют
трехоперандный формат, идентифицирующий два N-разрядных регистра источ-
ника и N-разрядный регистр адреса. Векторный формат позволяет все длинные
слова данных обрабатывать одновременно. Например, при выполнении команды
“векторного сложения” происходит суммирование двух векторов (например,
N-разрядных) и сохранение полученного вектора той же разрядности. Наконец,
команды вектор-скаляр оперируют с одним скалярным и одним векторным опе-
рандами. Например, команда “векторно-скалярного сложения” одновременно
суммирует m-разрядный скаляр к каждому из k m-разрядных слов вектора дли-
ной N разрядов. Передача скаляра к каждому m-разрядному компоненту инфор-
Кл. ОП.
РЕ
Источник
данных 1
Источник
данных 2
Место на-
значения
ШОП Команды
памяти
4 бит 5 бит 5 бит 5 бит 3 бит 3 бит
СА
1 бит
Тип ОП.
РЕ
Область РЕ Область памяти
6 бит
КОНЦЕПЦИЯ И ПРИНЦИЦЫ ПОСТРОЕНИЯ ФОРМАТОВ И НАБОРА КОМАНД…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 45
мационного канала реализуется параллельно. Кроме того, может быть использо-
вана специальная сеть перестановки, которая позволяет длинным словам данных
быть перестроенными.
Состав набора векторных команд так же, как и скалярных команд, включает
типичные команды арифметики (например, сложение, вычитание и умножение),
логические функции И, ИЛИ, НЕ, неэквивалентность и логические опера-
ции/операции арифметического сдвига. Кроме того, имеются команды загруз-
ки/хранения и команды передачи управления, которые используются для массо-
во насыщенных взаимодействий между скалярным и векторным информацион-
ными каналами. Некоторые специальные команды включают перестановку,
слияние и упаковку/распаковку. Перестановка сети поддерживает быстрое со-
вмещение и преобразование данных в широких регистрах. Перестановочная сеть
допускает любому m-разрядному полю данных регистра источника быть пере-
мещенным в любое 8-битовое поле данных регистра адреса. Перестановка опре-
деляется вектором перестановки, который содержит индексы, соответствующие
полям адреса векторного регистра.
Машинная команда слияния позволяет адресату широкого слова быть соз-
данным из смешивания подполей от двух операндов источника, где источник
для каждого подполя адресата, выбранный условием, определяется в машинной
команде. Команда слияния осуществляет эффективную классификацию (сорти-
ровку). Команды упаковки/распаковки позволяют усечение/увеличение типов
данных. Набор стандартных команд управления включает также команды пере-
хода, ветвления и объединения. В свою очередь, переходы имеют разновидно-
сти: переход всегда, переход по нулю и переход по признаку – меньше чем. Це-
левой адрес перехода может быть относительным числом РС или вычисленный
с использованием базового регистра, комбинированного со смещением. Чтобы
поддерживать функциональные запросы, формат команды ветвления включает
q бит для определения соединения, т. е. возвращает адрес команды, который
должен быть сохранен. Формат перехода также включает 3-битовое поле усло-
вия (ПУС) для определения одного из восьми условий перехода: всегда, равный,
не равный, меньше чем, меньше чем или равный, больше чем, больше чем или
равный, или переполнение.
На рис. 6 показаны базовые форматы команд ветвления гипотетической
PIM-системы.
РИС. 6. Базовые форматы команд ветвления гипотетической PIM-системы
Код команды 0 q Смещение
16 бит 6 бит 1 бит 1 бит
ПУС
3 бит
Код команды 0 q РС-смещение
21 бит 6 бит 1 бит 1 бит
ПУС
3 бит
Е.В. ЕЛИСЕЕВА, Ю.С. ЯКОВЛЕВ
46 Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7
В дополнение к стандартным командам, которые обеспечивают доступ
в пределах данной области (кадра) памяти, в наборе команд могут быть коман-
ды, которые обеспечивают манипуляцию с глобальной памятью, системными
запросами и другими командами (в частности, команды обращения к систем-
ной таблице, которая отслеживает виртуальные адреса, команда перемещения
данных между различными кадрами в локальной памяти и др.). К таким коман-
дам также можно отнести команды запроса к исходным данным и к дочерним
кадрам, также команды обращения к глобальной памяти (например, команды –
загрузить и сохранить).
Чтобы в полной мере использовать преимущества PIM, набор команд дол-
жен обеспечивать возможности работать с множеством слов данных (например,
k m-разрядных слов) одновременно. В этом случае набор команд помимо стан-
дартных команд арифметики и команд управления должен содержать так назы-
ваемую команду перестановки, чтобы соответствующие данные длинного слова
можно было связать с конкретным микропроцессором [3].
Как было отмечено ранее, применение PIM-систем наиболее эффективно
при решении задач, требующих массового обращения к памяти за данными.
Мощные потоки данных пересылаются между узлами и блоками, размещенными
на кристалле БИС, часто оказывая существенное влияние на производитель-
ность системы в целом. Поэтому проблема организации пересылок потоков ин-
формации внутри PIM-систем является весьма актуальной. Учитывая, что про-
цедурам пересылок могут быть подвергнуты не только потоки данных, но и по-
токи команд, формат команд пересылок предлагается представить в виде рис. 7.
РИС. 7. Базовый формат команды пересылок гипотетической PIM-системы
В представленном формате указаны поля: Кл.Пер. – класс пересылки опре-
деляет пересылку данных либо команд; Тип слова определяет скаляр, вектор,
цепочку слов, матрицу и т. д. – всего 16 разновидностей; ШОП определяет ши-
рину операнда (например, 8 бит, 16 бит, 32 бит и т. д. – всего 8 разновидностей);
Код пересылки определяет разновидности путей пересылки внутри чипа между
источниками и местами назначения, между различными чипами, между чипом и
внешней памятью, между чипом и внешними устройствами и т. д. – всего 128
вариантов; Код коммутации управляет коммутаторами (селекторами) внутри
чипа и определяет направления коммутации – всего 512 направлений.
К сожалению, в ограниченном объеме статьи не могут быть представлены
все разновидности форматов команд PIM-системы. Авторы также допускают
определенные изменения состава полей форматов и их размеров, что является
естественным при разработке конкретного проекта. Тем не менее, предложен-
Кл. Пер. Источник
данных
Место на-
значения
ШОП
Код пере-
сылки
Код коммута-
ции
1 бит 5 бит 5 бит 3 бит 6 бит 8 бит
Тип
слова
4 бит
КОНЦЕПЦИЯ И ПРИНЦИЦЫ ПОСТРОЕНИЯ ФОРМАТОВ И НАБОРА КОМАНД…
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2008, № 7 47
ные базовые форматы и принципы их построения могут быть использованы при
проектировании архитектуры и структуры PIM-систем подобного типа.
1. Палагин А.В., Яковлев Ю.С., Тихонов Б.М., Першко И.М. Архитектурно структурная ор-
ганизация компьютерных средств класса “Процессор-в-памяти” // Математичні машини
і системи. – 2005. – № 3. – С. 3 –16.
2. Системы памяти с интеграцией функций хранения и обработки информации
(PIM-системы) / А.В. Палагин, Ю.С. Яковлев, Б.М. Тихонов – Киев: 2006. – 33 с. –
(Препр. / НАН Украины, Ин-т кибернетики им. В.М. Глушкова; 2006-3).
3. Сергієнко І.В., Кривонос Ю.Г., Палагін О.В., Коваль В.М., Яковлєв Ю.С., Тихонов Б.М.
Система пам’яті з інтеграцією функцій зберігання та обробки інформації на одному
кристалі. – Деклараційний патент на корисну модель. № 6259. G06F13/00, G06F12/00.
15.04.2005. Бюл. № 4. – 14 с.
4. System Design for a Computational-RAM. Logic-In-Memory Parallel-Processing Machine. –
http://129.215.96.3:1234/~chrb/papers/cram_thesis.pdf
5. Kyung-Hoon Kang Edward. Design and implementation of a multithreaded, wide word
operation, processing in memory architecture / A thesis for the degree of master of science. –
2003. – Р. 92. – http://etd.nd.edu/etd_data/theses/available/etd-12032003-
113051/unrestricted/KangEK12112004.pdf
6. Yamashita N., Kimyra T., Fujita Y., Aimoto Y., Manabe T., Okazaki S., Nakamura K. and
Yamashina M. A 3,84 GIPS Integrated Memory Array Processor with 64 Processing Elements
and 2-Mb SRAM // IEEE J. Of Solid – State Circuits. – 1994. – 29, N 11. – Р. 1336–1342.
7. The Architecture of the DIVA Processing-In-Memory Chip / Jeff Draper, Jacqueline Chame,
Mary Hall et al. – http:// www.isi.edu/~mhall/diva-ics02.ps
8. DIVA Chip Breaks Through Memory Wall. – http://www.isi.edu/stories/31.html
9. Draper Jeff., J. Tim Barrett, Jeff Sondeen, Sumit Mediratta, Chang Woo Kang, Ihn Kim And
Gokhan Daglikoca. A Prototype Processing-In-Memory (PIM) Chip for the Data-Intensive
Architecture (DIVA) System // J. of VLSI Signal Processing. – 2005. – 40. – Р. 73–84. –
http://www.isi.edu/~jtb/papers/jvlsi_05.pdf
Получено 25.03.2007
|