3.4 如何控制PU与MU的连接与断开

 

如果有k种不同类型的处理器PU，那么在MU中要有一个k位的连接标志寄存器，每个标志位对应一类PU。当连接标志位是1时，表示该MU要求与那一类PU连接，此时若所要求的那一类PU有空闲的，那么就立即按优先级实现连接，否则MU就处于等待状态。MU的等待状态也可能发生在有高优先级的MU要求连接同类PU的情况。PU一方是靠“闲标志”来与MU连接的，如果PU正忙，那么需要与之连接的MU就会仍然处于等待状态。

 

由于计算机任务的需求，处理器的功能将会细划，这样可以提高执行任务的效率。图 3 5是多种PU与MU动态连接示意图，其中CPU是程序执行处理器，T是程序通信处理器，NET是网络处理器，CHL是输入输出处理器。

 

 

                                      图 3 5 PU与MU动态连接示意图

 

3.5 动态核心系统运行综述

 

系统初始，除了固化有程序的MU之外，所有的MU都将请求连接标志指向CHL，如果没有外部任务程序请求执行，CHL会拒绝与这些MU连接。外设与MU的连接也是动态的，如果外设中的任务程序请求执行，空闲的CHL将与之连接，并且立即与空闲的MU连接，将任务传输给MU，同时将MU中的程序上下文寄存器填写好，以备后继程序段能够连续执行。装填好程序段的MU断开与CHL连接后，连接申请标志将指向CPU，进入程序动态执行。

 

MU之间会依据一定的优先顺序与各处理器连接，各类处理器也有连接优先顺序，这样可以避免连接冲突。装载了程序段的MU会依据程序执行需要，设立标志，凭借标志自动寻找处理器连接或断开。在转换或完成程序段执行时，通过指令填写好应该连接的处理器标志，以达到选择处理器或周而复始执行程序的过程。

 

MU的存储容量是有限的，超长的程序需要分段进入MU去执行，为不使任务错位，保证上下文共享数据资源，编译程序要在每个装填段的末尾添加设置连接CHL标志指令，并用保存在MU中的程序段编号控制次序，在全部程序段执行完成后，清空程序上下文寄存器，申请指向CHL，以便新的程序能够进入MU执行。

 

由于处理器无痕的特点，在同类型处理器中，MU与任何一个处理器连接都可以执行程序，这样可以充分发挥全体处理器的作用，最大限度地实现程序同时执行。动态核中同时执行的多个程序，不必刻意去编写专门的并行程序，普通传统编程方法得到的程序，都可以投入程序并行执行状态，因而称这种程序并行执行为超并行程序执行。同一程序的线程要同处于一个MU中，通过环境转换，实现“同时多线程”运行。

 

相互关联的多个程序装入不同的MU中执行，如果它们之间需要数据通信，可以通过指令将地址信息填入MU的通信地址寄存器保存，然后转向与通信处理器T连接。发信的MU在与T连接后，通过T将发送地址和数据送到邮箱。接收数据的MU再通过T访问邮箱的信件，如果邮箱没有需要的信件，相隔一定时间，再次通过T查找。

 

邮箱、外部设备和网络端口设备都可以有多个，不执行程序任务时，它们与处理器总是断开的，只有程序任务需要连接这些处理器时，才会根据需要连接，并同时设置好忙标志，以防连接冲突。输入输出、通信、连网，一般要同时实现三种连接：MU与处理器连接；MU与使用的其他设备连接；处理器与这个其他设备连接。动态核结构要求，只要有一个连接不成立，立即断开其他两方的连接，这样可以保证不发生“死锁”。

 

3.6 动态关系总线

 

图 3 6是包含两种类型处理器的动态计算机连接结构图， PU是单端连接的一类程序执行单位，它只连接MU；Chl是一类双端连接的执行单位，Chl的一端要连接MU，另一端和外设DV连接。每个不同类器件之间，都用总线连接，其中包括控制总线。这些总线都有可控开关控制通断。如果原来的两条或两条以上的总线相连，那么就组成了一条总线（见图 3 7），也就是说不论何种情况，各设备都只能在成为一条的总线上传输数据，而不能同时占用相互冲突的多条总线工作。这种总线结构，我们称之为“动态关系总线”。

 

 

                                                      图 3 6 动态计算机关系总线结构

 

动态关系总线不分内部总线和外部总线，它是内外一致的总线。

 

3.7 核重组与执行核

 

动态计算机中这种动态关系总线，形似交叉开关，但实际上是计算机的“核重组”，因为与数据传输中的交叉开关线路结构有本质的不同。不论是单端连接的程序执行单位PU还是双端连接的程序执行单位PU，都有自己的指令系统，它们都必需与MU连接才能够执行程序。这种处理器与MU连接之后才会形成能够执行程序的核，我们称之为“执行核”。动态计算机中，同时可以形成许多执行核，执行核还会随着程序执行的需要，在不断地进行着核重组。MU与单端处理器连接时，其他与MU连接的总线都会处于断开状态。当MU与双端连接处理器Chl的总线连接时，双端连接处理器Chl必须能够找到合适的外设，并与之连接，形成统一的总线结构（见图 3 7），不然就要断开与MU连接的所有总线。这样做的好处是设备不会在连接的状态下不工作，从而保证不出现死锁。

 

3.8         高层控制逻辑