[其他]大規模并行陳列處理系統

無效

• 申請號: 87107224
• 申請日: 1987-09-18
• 公開（公告）號: CN87107224A
• 公開（公告）日: 1988-05-18
• 發明（設計）人: 羅伯特·S·格龍達斯基
• 申請（專利權）人: 數字設備公司
• 主分類號: G06F13/00
• 分類號: G06F13/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 匡少波,李先春

本發明涉及數字數據處理系統技術領域，特別涉及具有大量處理器的陣列處理系統。這些處理器有規律地互相聯結成一定的結構，所有這些處理器都從一個共同的控制裝置接收相同的指令。

數字數據處理系統包括三個基本單元，即存貯單元、輸入/輸出單元和處理單元。該存貯單元在可尋址存貯單元存貯信息，這一信息包括用于處理該數據的數據和指令。該處理器單元從存儲單元取出信息，把該信息作為指令或數據這二者之中的一種，并按照指令處理該數據，并把被處理的數據送回存貯單元。該輸入/輸出單元在處理器單元的控制下也同存貯單元通信，以便傳遞信息（這些信息包括被處理過的指令和數據）到存貯器以及從該存貯器獲取處理過的數據。

大部分現代數據處理系統被認為是“馮·諾埃曼”（Von.Neuman）機，因為它們是根據Johu????Von????Neuman的構思而構成的。馮·諾埃曼機的特征在于具有一個處理單元、一個在該系統中存貯所有信息的公用的存貯器和一個能識別被執行的指令在公用存貯器中的存貯單元的程序計數器。該處理單元一次執行一條指令，也就是該指令由程序計數器來識別。當一條指令被執行的時候，該程序計數器予先識別下一條將被執行的指令的存貯單元。（在大多數現代系統中，在處理器完成處理現行指令前，該程序計數器實際已予先處理了。）

馮·諾埃曼系統的設計和程序的方案并不復雜，因為在同一時間僅進行一種操作，因而它們也就相對地要慢。對于最初的馮·諾埃曼系統來說，它的一些優點在于允許該系統有各種不同的部分（尤其是各種不同的處理器單元）以便于操作上相對地獨立并使處理速度得以提高，這種優點首先是執行一條指令的各種步驟采用了流水線的方式，這些步驟包括指令的獲取、操作碼的譯碼（一條典型的指令包括能識別被執行的操作的操作碼和在大多數情況下識別用于執行指令的操作數或數據的一個或多個操作數區分符）、取操作數、執行（即在取得操作碼和操作數的基礎上，完成下面的操作步驟）和存貯被處理的數據，它是由處理器中單獨的硬件相對獨立地完成的。在流水線方式的處理器中，該處理的取指令硬件取出一條指令，同時另外的硬件對另外的操作碼進行譯碼，取出另外的操作數，還執行另外的指令和存儲第5條指令處理過的數據。流水線方式不能提高單條指令的處理速度，但是因為在完成對第一條的處理之前處理器開始對第二條指令的處理，所以提高了對指令串的處理速度。

流水線方式也可以使用在含有處理器的若干電路中，值得注意的是這些電路可以完成一定的算術運算，以便提高一系列計算的處理速度。類似的指令處理的流水線方式，流水線的算術運算不能提高單項計算的速度，但它提高了一系列計算的處理速度。

流水線方式的處理器比馮·諾埃曼系統中單純的處理器要明顯地復雜，它不僅需要各種電路以完成每一種操作（在單純的馮·諾埃曼系統中，許多電路都可用來完成不同的操作）而且控制電路也要去調整各種電路的工作狀態。然而，這種系統可以明顯地提高速度。

近來，出現了一些帶有執行硬件的處理器，這些硬件包括多功能單元，每個單元被設計為能完成一定類型的數學運算。例如，某些處理器具有單獨功能單元用來完成整數算術運算和浮點算術運算，因為浮點算術運算需要處理一個浮點數的兩部分，即小數部分和指數部分，而整數算術中的數只有一部分。某些處理器，例如由ContralDate????Corporation（數據控制有限公司）生產的CDC????6600，包括有若干個單獨功能單元，每個單元能完成一種或幾種類型的算術運算，包括加、乘、除、轉移和邏輯運算，所有這些運算都能同時完成，這對加速確定的計算是有利的，特別是為了完成計算，可以同時利用這幾個功能單元。

在具有流水線方式或多功能單元（或者兩者都有，因為這兩者均可被結合在一個處理器中）的處理器中，一條單獨的指令序列操作一單獨的數據序列，也就是每條指令操作數據同時產生一種計算。這樣的處理器稱之為用于“單條指令-單條數據”的“SISD”。但是，如果一個程序要求程序中的一段用來操作某些不同的數據元素，以產生某些計算，那么為了進行每一種計算，該程序使得處理器循環通過那一段程序。在有些情況，該程序段較短或僅有少量的數據元素則需要完成該數據的計算的時間不會太長。

然而，對于許多類型的這種程序，SISD處理器要完成所有這些所要求的計算將需要很長的時間。因此，處理器進而同大量的處理單元相結合，在相同指令下所有的操作同時進行，每一個處理單元處理一個單獨的數據序列。這些處理器稱之為“SIMD”處理器，用于“單條指令-多條數據”工作。