PROCESOR S PODATKOVNO
PRETOKOVNO ARHITEKTURO
INFORMATICA 4/86
Institut Jožef Stefan, Ljubljana
UDK: 681.3.02
Jurij Šilc, Borut Robič
Clanek predstavlja prvi procesor s podatkovno pretokovno arhitekturo.
Notranja kroiina pipeline org anizaci ja, ki teoelji na podatkovnea vodenju,
daje procesorju veliko moC. Bogat nabar ukazov je prirejen tako, da je
procesar lelo uporaben za hitro obdelavo sllkovnih in govornih signalov.
Potreba po takšnih obdelavah se pojavlja v raflunalnikih pete generacije.
Data Flou Architecture Based Processor - A new data flow architecture based
processor is described. The processor employs token based data Mou and
pipelined architecture to achieve a very high throughput rate in the reala
of digital image and speech processing.
1 . UVOD
Pri naCrtovdnJu sisteaov za obdelavo slik
smo obiCajno prisiljeni poiskati kooproais asd
hitrostjo in fleksibilnostJo sieteaa. Okornost
in poCasnost sistema, kl ga sestavljata ainira-
Cunalnik ZJ obdelavo slike in masovni poanilnik
za njeno shranjevanje, sta nesprejealjivl za
delo v realnem Casu. l dodatkoa posebne aatori-
alne oprsae se hitrost obdelave povefia, toda
lal na ratiun I leksibllnosti, saj vsaka spreaaa-
ba prograaske opreme narekuje spreaeabo oateri-
alne opreme. Oaenjeni razkorak oed hitrostjo in
ileksibllnostja sistena je mofi onillti z upora-
bo progranabilnega slikovnega procesorja, ki ae
odliVuje s podatkavno vodeno arhitekturo.
2. PODATKOVNO PRETOKOVNl PROCESOR
V nasprotju s von Neuaannovioi procasorji,
ki delujejo na podlagi dostave ukazov,. teaelji
clplo podčtkovno pretokovnega procasorja na zbi-
ranju in obdelavl paketov (tokens).
?•1• Osnovnd arhitektura orocesoria
PodatKovno pretokovni procaear ne rabi do-
stave ukaza. Naaesto tega vsebuje grafni poa-
nilnik ftabeli povezav in toCk), v katerega ••
pred priCetkom izvrSevanJa vpiSe prograaski
podgraf. Pretok podatkov ee vrfii s poaofljo pa-
ketov, ki vsebujejo naslov procesorja, identi-
(ikatar, podatkovno ter krailno polje. Had pre-
tokon po procesorju paket 6e nekajkrat Epreaenl
vsebino in dol2ino, kot bo razvidno iz kasnoj-
Sega opisa.
Notranja kroiTna pipellne arhitektura (Sli-
ka 1) omogofla pracesni enoti neprekinjeno dalo-
vanje. Procesna enota vsebuje anoitilnik ln AUU,
ki omogoCd standardne aritaetifino logiflne opa-
racije. Nabor ukazov je 8ir6i kot pri veflinl
klasiCnih procesorjev.
Slika 1i Kroina pipeline arhitektura podatkovno
pretokovnega procesorja.
2.2. Veeprooesorski podatkovno oretokovni
VeCprocesorski podatkovno pretokovni sis-
teu sestavlja kaskada podatkovno pretokovnih
procesorjev, povezanih z glavnia procesorjea,
kot je prikazano na Sliki 2.
GLAVNI PHOCESOf
PRETOK PAKETOV
J —4
Slika 2: Podatkovno pre.tokovni raCunalnik.

75
Koaunikaci ja oied podatkovno pretokovnla
procesorjeo in okolico poteka s poso&jo vhodno-
lzhodnega krnilnlka. Glavni procesor poBlJe pa-
ket podatkovna pretokovnim prooesorjea. Iz nas-
lovnega polja paketa podatkovno pretokovni pro-
cesor ugotovi, Ce Je paket namenjen njeau ter
?
a v teo prineru sprejoe, izlotJi naslovno polje
n pošlje v pretok - najprej v gratni poanilnlk
(tabelo povezav). Paket, ki ni naaenjan daneau
procesarju, se nespreasnjen poSlje v istea oik-
lu preka vhodno-izhodnega krailnika naslednjeau
procesorju. Procesor je tako za tuje pakete
transparenten. Torej vsak podatkovno pretokovni
procesor zbira svoje pakete.
2.3. Delovanie podatkovno pretokovneoa slsteaa
Delovanje podatkovno pretovnega raflunalni-
ka, kot ga prikazuje Slika 2, llustrirajao z
naslednjio prioiero«. Dan naj bo prograa za iz-
raCun E =• (A+8)»(A-B), opisan s podatkovno pre-
tokovnia programski« grafoa 6 (Slika 3). Graf 6
lahko razbljemo na tri podgrafe &, ,62 in 63. Ker
se lahka izvrSujeta 61 in 62 vzporedno, ju je
seiselno vpisati v dva razlifina podatkovno pro-
tokovna procesorja P, in P2 . 63 lahko vpiteao v
katerikoli procesor, npr. v P, . Prograa «e pri-
ene izvrSevati takoj, ko glavni procesor potlje
vhodna paketa A in B. Tako aora >a lzvrttitav
operacije C = A + B procesor P, prejetl pakata,
ki rtDsita vrednosti A in B, ttalo nato lahko
izvrSi operacijo '+'. Vhodna paketa lahko pri-
spetf} v poljubnem zaporedju, saj je proceeor
sposoben razpoznavati pakete in Jih hranitl v
paketnec poanilniku. Iz opisa podgrafa 61, ki
se nahaja v njegoveo grafneo pomnilniku, P, ugo-
tovi, da paketa A in B pripadata preko oparacl-
Ja '+' paketu C, zato ju zdruZi ln poSlJe v
pracesno enoto. Vrednost, kl Je rezultat lzvr-
Sitve v procesni enoti, ss vstavi v paket in
opreni z oznako C. Istoflasno se v procesorju P2
izrafiuna paket D, ki ga P2 poSlJe gtavneau pro-
cesorju. Ker je C vhodni paket nove operacijg,
ki se aora izvrSiti v isteo procesorju P) , sa
shrani v njegov paketni poonilnlk, dokler lz
glavnega procesorja ne prispe pakot D. TedaJ
sta v procesorju P, oba paketa za lzvrVltBv op»-
racije '«' in 5e prej opisanl postopok «B pono-
vi. Vidioo, da zagotavlja pravilna lzblra prad-
hodno vpisanega podgrafa izkoriBflanJe veebovana
viporednosti ter neprekinjeno dolo praoasorjav.
3. PODATKOVNO PRETOKOVNI PROCESOH MPD7281
Priner podatkovno prstokovnaga procesorja
Je NEC (1PD72S1, katerega «oC teaelji n* krozno
organizirani pipelina arhitekturi ter bogatea
naboru ukazov. |iPD7281 je prvi VLSI Oip, ki de-
luje po naflalih podatkovno pretokovno arhitek-
ture C33. Ta ooogoOa veCJo uflinkovitoBt proco-
eorja v nnogih vefiprooesorskih aplikacijah, kot
sta procesiranje slik ter razpoznavanja vzoroev
na podrottju uoetns lntellgence, kjer se uporab-
ljajo algorltol za dvadonenzlonalno kanvoluci-
Jo, povefiavo, poaanJSavo In rotaoijo. Njegova
uCinkovitoBt postane ofiitna predvsea pri proca-
siranju slik v realnea Casu, kjer dodobra izko-
riSCa vsebovane vzporednosti uporabljenlh algo-
ritoov. pPD7281 ni uporaben la prl prooasirah-
ju slik, teavaC tudi pri zahtevnih nuaoriOnih
izraCunih, kot so matriflno oatriCno anojienje,
matriflno vektorsko anotenje, aritastlka s pla-
va joGo vejico ter izratiuni transcendantnih
funkcij v raalnea Casu.
3.1. Pipeline oraanlzaolia nrocesoria
Kot je prikazano na Sllki 4 sestavlja pro-
cesor deset funkcionalnih anoti vhodnl krallnik
CIC), lzhodnl krmilnlk (OC), tabala povazav
(LT), tabela tofik (FT>, pakatnl poanilnik (OH),
vrsta (S), procesna enota (PU), izhodna vrsta
(08), generator naslovov ln krailnik pretoka
(ASIFC) ter osve?evalni krailnik <RC).
IC: vhodni krmilnik (Input Controller)
OC: izhodnl krmilnik (Output Controller)
LT: tabela povezav (Link Table)
FT: tabela toBk (Function Table)
DM: paketni ponnilnlk (Data Menory)
Q: vrsta (Sueue)
PU: procesna enota (Progessing Unit)
0Q: izhodna vreta (Output Queue)
AG&FC: generator naslovov (Address Generator)
in krmilnik pretoka (Flou Controller)
RC: osvezevalni krmilnik (Relresh Controller)
Slika 3; Podatkovno pretokovni graJ za
E = (A+B)»(A-B).
izrafiun
Slika '.: Arhitektura procesorja pPD7281 .

76
3.2. Vhodni IC in izhodnl OC krmilnik
32 bitni vhodni paket vstopi v 1C v obliki,
kot jo prikazuje Slika 5.
3.2.2. Vpis podgrafa:
Predhodni vpis podgrafa poteka s poaofijo
vhodnih paketov SETLT, SETFTR, SETFTL in
SETFTT.
1 16 Vpis povezave v LT (vh. paket 5ETLT):
I MN IZI ID I CTLF II podatki
Slika 5: 32 bitni vhodno-izhodni paket.
IC primerja lastni naslov, ki au je bil do-
deljen ob resetu, z MN poljem vhodnega paketa.
Ce se naslova ne ujemata, se tuji paket takoj
prenese v OC. Pakete takSnih oblik iaenujeoo
PAS5 paketi. Ce pa se naslova ujeoata, se HN
polje izloči in tako spremenjen paket poSlje v
LT. 1C hkrati ugotavlja, Ce je v procesorju
prostor za novi paket in ga po potrebi zadrZi.
OC poSilja 32 bitne izhodne pakete, katerih ob-
lika je enaka vhodnia paketom (Slika 5). Izhod-
ni paketi so bodisi podatkovni paketi iz 0Q,
statusni paketi, ki jih generira OC v priaeru
napak, duinp paketi ali tuji vhodni paketi, dob-
ljeni iz IC, ki se tu inenujejo PASSD paketi.
Tuji paket, na vhodu (vh. paket PASS):
I J1N'ICII ID ICTRLIl podatki 1
Tu.]i paket na izhodu (izh. paket PASSD);
I HN'IOI ID ICTRLII podatkl I
Opomba: MN' se ne ujema z MN danega procesorja.
3.2.1. NatJini delovanja:
Procesar lahko deluje v treh naCinihi nor-
»alnem (Nornal), testnem (Test) in prekinitve-
nea (Break) naflinu. Po hardverskea resetu je
procesor v normalnea nafiinu delovanja. V tea
naCinu poteka vpis, branje in izvrfievanje pod-
grafa. V testnem naCinu delovanja je oaogofisno
testiranje izvrSevanja. Procesor preide v test-
ni naCin, ko sprejme vhodni paket SETBRK. Ce
aied delovanjem pride do nasifienja vrste DO ali
5(5, preide procesor v prekinitveno delovanje,
opisano z vhodnim paketom SETMD. V prekinitveni
nafiin lahko preide procesor tudi iz tettnega
ndfiina, tako da dobi paket CBRK. V prekinitvne«
naCinu delovanja je onogofieno dunpanje. Iz obeh
naCinov se vrne v normalni nafiin po sprejetju
vhodnega paketa CRESET.
Prehod v testni naCin (vh. paket SETBRK) ;
I MN I0I
ID 101101I M(1) Count(15)
Oporoba: M=1 prekini izvrSevanje po Count ciklih
M=0 prekini po Count dostopih do LT lo-
kacije, naslovljene z ID
Prehod v prekinitveni naCin Cvh. paket CBRK):
lODODIOI IU1UOII I
Vrsta prekinitvenega naCina (vh. paket SETHD)»
I WH I0I 101011I par. za prek. naBinl
Opoaba: Parametri za prekinitveni naCin dolofia-
jo stapnjo vhodnih omejitev ter njihovo
trajanje.
Sporoiilo o napaki (izh. paket ERR) :
I 0000 I 0 I 0000000 101001 IHNU)H0DE(4)Q00ST(5) I
Prograaski reset (vh. paket CRESET):
101
lOTOPT J
Oporcba: Prograoski reset povzroCi le nadaljeva-
nje izvr€evanja v naroalnen naCinu, za
razliko od hardverskega, ki resetira
tabele ter dodeli naslove pracesorjem.
1 HN
Vpis
1 MN
Vpis
1 MN
Vpis
1 MN
101 adr.
toCke v
101 adr.
tofike v
101 adr.
tottke v
101 adr.
v LT I1100M
FTR
v F
FTL
v F
FTT
v F
(vh. paket
T I1101II
(vh. paket
T 111101I
(vh. paket
T 11111 1 1
Dadatki
SETFTR)
DOdatki
SETFTL)
Dodatki
SETFTT)
podatki
za
za
:
za
;
za
V
V
V
V
LT
FTR
FTL
FTT
I
1
1
1
3.2.3. Izpis podgrafa:
Vsebino LT in FT lahko bereao s pOBoftjo pa-
ketov RDLT, RDFTR, ROFTL in ROFTT, ki poaenijo
zahtevo po branju. Prebrana vsebina lokacij v
LT in FT pa se nahaja v izhodnih paketih LTRDD,
FTRRDO, FTLRDD in FTTRDD.
Zahteva za branje iz LT <vh. paket RDLT) i
I MN 101 adr. v LT 110001 I "1
Prebrani podatkl iz LT (lzh. paket LTRDD)»
10000101 adr. v LT 110001I podatki iz LT I
Zahteva za bran.je iz FTR (vh. paket RDFTR) i
I HN 101 adr. v FT 11001II I
Prebrani podatki iz FTR (izh. paket FTRRDO)i
I0000I0I adr. v FT 11001II podatki iz FTB I
Zahteva za branje iz FTL <vh. paket RDFTL);
I HN I0I adr. v FT 110101 I I
Prebrani podatki iz FTL (izh. paket FTLRDP)i
10000101 adr. v FT 110101I podatki Iz FTL I
Zahteva za branje lz FTT (vh. paket RDFTT)i
I HN I0T adr. v F1 11011I
Prebrani podatki lz FTT (izh. paket FTTRDD)i
I0OOOIOI adr. v FT 11011II podatki iz FTT I
3.2.4. IzvrSevanje podgrafat
Ko je podgraf vpiean v procesor, se lahko
priflne njogovo izvrfievanje - pretok podatkav po
podgrafu. Procesor dobi vhodna podatka (oparan-
de) s pomoCjo vhodnih pakatov EXEC, rezultata
pa vrne s paketi OUTO.
Vhodni podatki (vh. paket EXEC):
I0I
-UL
. Pjke
'OOCS operand
Izhodni podatki (izh. paket OUTD):
I IIN 101
JLB_
IOOCSII rezultat
3.2.S. Dumpanje:
V prekinitveneo naCinu delovanja je oaogo-
Ceno tudi opazovanje vsabine delov paketov. V
ta naraen se uporabljata vhodni paket DUMP ter
pripadajoCi izhodni pakst DUMPO.
Zahteva za izpis danega pol.ia (vh. paket DUMP):
I MN IOIx(»)DUMP(3) 10111 I I "I

77
Izpisana vsebina polja (izh. paket DUMPO):
IGO0OIOIO(4)DUMP<3) 10111 I I dunpani podatki
Opomba: glede na bite DUMPC3) dobimo;
0UKP(3) dumpani podatki
000 x(5) GQ<5) DQ(6)
001 «(A) u<1) ID(7) CTLF(4)
010 DATAC16)
011 x(3) u IDC7) x C S C S
.100 xx FTL(spodnjih 12) xx
101 DATA (16)
110 DATA'(16)
111 x(9) 10(7)
SEL polje FT paketa doloCa tip ukaza. Ukazi
so lahko tipa OUT, GE, PU ali A6/FC. Ukazi tipa
OUT narekujejo neposreden prenos paketa v OS.
Ukazi tipa GE se uporabljajo za generiranje pa-
ketov znotraj procesorja. PU ukazi oaogotiajo
aritmetiflno logiflne operacije, AG/FC ukazi pa
sluZija AS4FC enoti pri delu z DM. Pri ukazih
tipa PU se uporablja FTL polje, pri ostalih
ukazih pa tudi FTR in FTT polje.
3.5. Generator naslovov in krmilnik pretoka
AG4FC
3.3. Tabela povezav LT
LT je 128 X 16 bitni dinanifini RAM. V LT
vstopi 28 bitni paket kot ga prikazuje Slika 6.
IUI ID I CTLF I
16
podatkF"
Slika 6: 28 bitni LT paket.
Identifikator LT paketa, ki ga poSlje IC,
sluSi za naslovitev lokacije v LT. Vsebina
naslovljene lokacije vsebuje 6 bitni naslov lo-
kacije v tabeli tofik (FTA), 7 bitni identifika-
tor (10'), FTRC bit in 2 bitno selekcijsko po-
lje (SEL). Prikazana je na Sliki 7.
128 X 16 I FTA I ID
7 1 2
-TŠETI
FTRC
Slika 7: Vsebina lokacije v LT.
1D LT paketa se nadomesti z novim ID', vse-
bovanio v naslovljeni lokaciji v LT. Torej vsa-
kokrat, ko paket preide Cez LT, dobi novi iden-
tiiikator. LT paketu se dodajo Se FTA, FTRC in
SEL polje. FTA polje služi za dostop do lokaci-
je v FT. FTRC bit in SEL polje pa služita pri
doloCanju tipa ukaza.
SEL Tip ukazov
11 A6/FC
01 PU
10 GE
00 OUT
•Opocnba: Tipi ukazov so opisani v poglavju 3.11.
3.*. Tabela tofik FT
FT je 64 X 40 bitni dinamiCni RAH. Vanj
vstopijo paketi, ki jih poSlje LT v obliki, kot
jo prikazuje Slika 8.
1 16
IUI ID' ICTLFISELI I FTA I podatki
FTRC
Slika 8: 37 bitnl FT paket.
FTA polje je naslov lokacije v FT, katere
vsebino sestavljajo 14 bitno polje FTL, 16 bit-
no polje FTR in 10 bitno polje FTT, ki vsebuje-
jo krmilne podatke o razli&nih tipih ukazov. FT
lokacijo prikazuje Slika 9.
14 16 10
64 X 40 F
FTR FTT
SHka 9: Vsebina lokacije FT.
A64FC ganerira naslove lokacij v 0H ter kr-
mili njihovo branje in vpisovanje. A64FC ugo-
tavlja, Ce prispeli paket vsabuje ukaze z enia
ali dvema aperandoma. He potrebuje en operand,
se paket prenese direktno v Q. Ce pa potrebuje
ukaz dva operanda, norata biti na voljo oba, da
5e lahlo preness v Q. Paket, ki vsebuje prevega
izmed prispelih operandov, se zaflasno shrani v
DM, dokler ne prispe paket z drugia operandoa.
Ko paket z drugim operandora izstopi iz FT,
AG4FC generira naslov lokacije v DM, v kateri
je shranjen paket s prvlo operandoa in poSlje
oba v 0.
3.6. Paketni pomnilnik DH
DM je 512 X 18 bitni dinamiCni RAN, ki slu-
2i za hranjenje prvega od prispetlh opsrandov
ukaza. Paket, ki je nosilec drugsga operanda,
vstopi v DH v obliki prikazani na Sliki 10.
1
IUI
7
10'
2
ISELI
7
DMA
5
IPUFI
14
FTL
1 1
ICISI
16
podatkl I
Slika 10: 54 bitni DM paket.
Polje OMA vsebuje naslov lokacije v 0M v
kateri je shranjen prvi operand. Podatki o uka-
zu namenjenemu PU se nahajajo v FTL. DM se upo-
rablja tudi za zafiasno hranjenje drugih, npr.
vhodno-izhodnih podatkov.
3.7. Vrsta 6
Q je 48 X 60 bitni dinaaiCni RAM, ki sluzi
kot FIFO pomnilnik. Paketi, ki vstopajo v 8,
nastanejo iz DM paketa tako, da se DMA polje
izloCi in nadoaesti z vsebino lokacije 0M na
kateco je prej kazalo polje DMA (prvl operand).
Q zafiasno hrani pakete, namenjene v PU all OS.
Q je razdeljen v dva FIFO ponnilnika: 32 X 60
bitno podatkavno vrsto (DQ) in 16 X 60 bitno
generatorsko vrsto (GQ). D9 je naaenjen ukazoa
tipa PU, OUT in AG/FC in hrani pakete, ki so
namenjeni v PU ali 08. Vrsta GQ pa je naaenjena
le ukazom tipa GE, ki generirajo nove pakete.
Vrsta DQ zadriuje izhodne pakete, fie je izhodna
vrsta 09 polna. Podobno DQ zadrtuje pakete, na-
menjene v PU, če je le-ta zasedena. Nekritifino
poSiljanje paketov v kroZni obtok bi lahko pri-
vedla do nasidenja vrste Q, zato je delovanje S
omejeno s sledefio zahtevoi fle se v DS nahaja
•sem ali veC paketov, je branje iz 66 oneaogo-
Ceno, Ce pa je v DQ aanj kot osea paketov, iaa
branje iz GS vifijo prioriteto od branja iz 09.
Do nasifienja vrste Q bi lahko prifilo Se v pri-
meru, ko bi bila hitrost procBsiranJa aanjiia od
hitrosti prihajanja novih vhodnlh paketov v
procesor. Zato v priaeru, ko se v 00 nahaja vefi
kot 23 pakstov, procasor preide v prekinitvani
nafiin dslovanja, s Ciaer se izogna nasiCenju S.

78
3,8. Izhodna vrsta 0Q
08 je 6 X 32 bitni statifini RAM, organizi-
ran kot FIFO pomnilnik. Služi zafiasnemu shra-
njevanju izhodnih paketov, prispelih iz DQ, ki
se nato preko OC poSljejo na izhodno podatkovno
vodilo. Ce je 0Q poln, poSlje ustrezen signal
v CS, ter preneha sprejematl pakete. OS paket
se ujena s S paketom.
3.9. Procesna enota PU
PU izvrSuje ukaze tipa PU in GE. Koda PU
ukaia se nahaja v polju FTL PU paketa. Ukazi
tipa GE se uporabljajo za generiranje novih pa-
ketov, kopiranje posameznih ali skupin paketov
in spreminjanja vsebine CTLF polja. t!e potrebu-
ja PU la izvrSitev ukaza ve<3 kot en cikel, pofi-
lje signal vrsti Q in IC, ki zadrJfi njuno delo-
var.je. PU paket je po obliki enak Q paketu.
3.10. Osvefevalni krmilnik RC
RC dvtomatieno generira pakete za osveieva-
nje vseh dlnai»it!nih RAMov v pcocesorju. Paket,
ki ga generira RC, vstapi v IC, ter nato po
vrsti Se v LT, FT, DM in 9 in vsakokrat povzro-
Ci osveiJitev ustreznega RAMa. Po prihodu v 8 se
osveJitveni paket uniCi.
3.11. Nabor ukazov
Kot smo omenili v poglavju 3.4. obstajajo
Stirje tipi ukazov: AG/FC, PU, SE in OUT.
3.11.1. Ukazl tipa AG/FC:
Tip AG/FC vsebuje 16 ukazov, ki jih razde-
linio v tri skupine: AG, FC in AG/FC tip. Ukazi
tipa AG SOi RDCYCS, RDCVCL, URCYCS, MRCVCL,
RDWR in RDIDX. Ukazi tipa FC so: PICKUP, COUNT,
CUT, DIVCVC, OIV, DIST, CONVO, SAVE in CMTGE.
Ukaz QUEUE pa je tipa AG/FC.
Ukazi tipa AG/FC so opisani v FTR polju ta-
bele FT, kjer zgornji Stirje biti predstavljajo
operacijsko kodo. Ostali del polja FTR in polje
FTT pa vsebujejo ostale parametre A6/FC ukazov.
Pomeni ukazov tipa AG/FC so:
- QUEUE: shrani prvi prispeli operand dvonest-
nega ukaza v DM.
- RDCYCS; cikliflno branje podatkov iz izbranega
podrofija v OM, kjer je najvefija dolžina pod-
roflja 16 lokacij.
- RDCVCL: enako kot RDCYCS, le da jB najvefija
dalJina podroCja 256 lokacij.
- WRCYCS: ciklieno vpisovanje podatkov v izbra-
no podroCje v OM, kjer je najveflja dolZina
podrofija 16 lokacij.
- URCYCL: enako kot WRCYCS, le da js najveCja
dolzina podroCja 256 lokacij.
- RDWR: branje ali vpisavanje v 0H. Z bitoo
FTRC izbiramo bodisi branja ali vpis.
- RD1DX: branje iz DM.
- PICKUP: izlofii vsak n-ti paket in mu prlredi
ID + 1 .
- COUNT: podvoji vsak n-ti paket in mu priredi
1D + 1 .
- DIVCYC: na vsakih n paketov izlofii prvih o
oed njimi in jim priredi ID + 1.
- DIV: po V5ake<n prihodu paketa s FTRC » 1 se
naslednjim n paketon ID ne spreaeni, ostslia
pa se priredi ID + 1 (paket s FTRC »1 se
uniCi).
- DIST: zaporedje vhodnih paketov vsebuje pake-
te s FTRC = 0 ali 1. Po prihodu j-tega paketa
s FTRC = 1 se vsen nadaljnia paketon. ki i«a-
jo FTRC = 0 in naslednje«u paketu s FTRC = 1,
priredi ID + (j HOD k).
- SAVE: upocablja ss pri nastavljanju 10 polja.
- CUT: po vsakem pcihodu paketa s FTRC • 1 si
se ta paket skupaj z naslednjimi n paksti
unifii, ostali pa ostanejo nespreeenjeni.
- CONVO: uporablja se za konulativno raflunanje,
npr. vsot in produktov.
- CNTGE: uporablja se pri generiranju vefi kot
16 kopij danega paketa (skupaj z ukazoa
COPYBK tipa GE, ki je opisan spodaj).
Konstante k, m in n so podane v FTT polju.
3.11.2. Ukazi tipa PUs
Ukazi tipa PU so shranjeni v FTL polju ta-
bale FT. Uparabnih je le 12 spodnjih bitov, «ed
katerimi so biti 0 do * operacijska koda ukaza,
preostall biti pa ee uporabljajo za dodatno
infarmacijo o Stevilu oparandov Caden ali dva),
legl operandov pri nekoautativnih optracijah,
Stevilu rezultatov (eden all dva) ter tipu pri-
marjave, podanio z biti PNZ (E8, LT, LE, GT, 6E
in NE). Ukazl tipa PU so:
- LogiCni: OR, AND, EXOR, ANDNOT in NOT.
- Aritmetifini: ADD, SUB, MUL, INC, DEC, NOP in
ADDSC, SUBSC, MULSC ter NOPSC. Ukazi »SC naj-
prej izratiunajo operacijo • in vrn»jo lego
skrajnega levega eetiranega bita.
- Premikalni: SHL in SHR ter SHLBRV in SHRBRV,
kjer ukaza »BRV predhodno obrneta vrstni red
bitov.
- Primerjalnl: CMPNOH, CMP In CMPXCH. Vhodna
operanda A in B se priaerjata na naCin podan
s PNZ poljeo. Rezultata prioerjave sta X in
Y, kot sledi
C,S, X CVS» Y
CMPN0I1 pri PNZ=FALSE 0 0 0O0OH 0 0 OOOOH
pri PNZ=TRUE 1 0 0001H 1 0 0000H
CMP pri PNZ-FALSE 0 S. A 0 Sb B
pri PNZ=TRUE 1 S. A 1 Sb B
CMPXCH pri PNZ = TRN£ C.S, A Cb Sb B
pri PNZ = FAUSE Ct% A C. Sb A
- Operaoije nad bltit 6ET1, SET1 ln CLR1.
- Testiranje bitov: ANDMSK in ORMSK.
- Pretvorba podatka: CVT2AB in CVTAB2. CVT2AB
pretvori 16 bitni operand, zapisan v «isteau
z dvoji&kim komlefflentoa, v 17 bitno besedo v
sistemu predznak-absalutna vrednost. Predznak
se nahaja v bitu S . Orugi ukaz je inverzen
prvemu. Ob prekorafiitvi se postavi bit C .
- Popravki pri dvojni natanCnosti: ADJL. Ce
imata besedi, s katerioa ja zapisan veCnatan-
ttnostni operand, razlifina predznaka, ju ADJL
popravi .
- Kumulativna seStevanje: ACC. Ukaz povzrofii
sežtetje padatkovnih polj v zaparednju pake-
tov. Vsebina vsakega prispelega paketa ss
pt-išteje k delni vsoti v registru ACC. Pakati
v zaporedju so bodisi tipa 1 ali 2. Paket ti-
pa 1 se po prifitetju svoje vsebine zbrits,
paket tipa 2 pa po prifiteju EVOJB vsebint
prevzame vsebino registra ACC.
- Kopiranje kontrolnega bita t COPYC.
3.11.3. Ukazi tipa GEi
Ukazi tipa GE so oplsani v polju FTL tabela
FT. Operacijsko kodo sestavljata dva bita, prs-
ostali biti pa dolofiajoi tte je treba operanda
pi-ed vstopom v Q zanenjati, tttevilo operandov
ter Stevilo kopij pri generiranju paketov. V to
skupino sodijo trije ukazi:

79
- COPVBK: generiranje bloka kopij danega pa-
keta. Vsi novi paketi imajo enak 10 kot ori-
•jinalni paket, le zadnji iina ID + 1. Vredno-
sti. v podatkovnih poljih se lahko poveflujejo
ali zmanjSujejo za konstantno vrednost.
- C0PYM: generirahje skupine kopij danega pake-
ta 2 razliCnimi ID. Podatkovno polje se lahko
spreminja podobno kot pri ukazu COPVBK.
- SETCLT: branje ali spreminjanje vsebine tabal
LT in FT. Ukaz SETCLT oaiogoCa prograoe, ki SB
sami spreminjajo, saj se uporablja v tiasu iz-
vrSevanja grafa.
3.11.4. Ukazi tipa OUT:
Ukazi tipa OUT so opisani v FTL polju tabe-
le FT. Polje vsebuje podatke o ten, ČJe nastopa
OUT ukd: samostojno ali skupaj z nekio A6/FC
ukazo«, Ce je treba aperanda pred vstopore v 0Q
zamenjati , operacijsko kodo OUT ukaza ter nas-
\ov procesorja MN, katereou je naoenjen izhodni
paktt. LoKimo dva ukaza tipa OUT:
- 0UT1: povzroBi prenos 32 bitnega paketa na
lzhadno vodilo. Paket vsebuje podatek, njegov
identifikatar, ter naslov procesorja, kate-
remu je namenjen.
- 0UT2: povzroCi prenos 64 bitnega paketa na
izhadno vodilo. Ukaz se uporablja pri poSi-
Ijanju Stevil z dvojno natanfinostjo.
3.12. NaCini povezovania UPD7281
Pracesorji nPD7281 se povezujejo v veflpro-
cesorski sistem ns dva osnovna nafiina: kaskadni
in krojni. Pri kaskadnem povezovanju ni potreb-
na dodatna materialna oprema. NajveH 14 Cipov
pavezujeno neposredno, kot prikazuje Slika 11.
Izmenjava vhodno-izhodnih paketov poteka c po-
moCjo signalov zahteva/potrditev (REQ/ACK).
u(k-l)
OACK
OREQ
00«,
/UP0728I
IM-1
IACK OACK
IREO OREO
IOBQ ODBO
IDB, 006,
IM
IDBtt 008«
IACK
IREO
IDBo
108,
N + n
Slika 11: Povezovanje procesorjev ^PD7281.
Za Kro2no arhitekturo je potrebna dodatna
oaterialna opreoa, zato je v razvoju podporni
Cip MAGIC (Meaory Access and General bus Inter-
f8CE Chip).
3.13. Prooramiran 1e UPD7281
Bogat nabor ukazov omogaCa želo ucinkovito
prograoiranje problenov s podroCJa obdelave sl-
gnalov ter zahtevnega nuoeriCnega raCunanja. Za
ilustracijo si ogl'ejma realizactjo linearnega
digitalnega filtra £51, podanega z enaCbo
N M
y<k) = ta<i)y(k-i) + Cb<i)u(k-1).
i=1 i=1
kjer je u(k) vhodni in y(k) izhodni signal.
PripadajoCi program <graf), zapisan v 'stroj-
nei' jeziku, prikazuje Slika 12.
OUEUE
MUL
OUEUE
MUL
[ COHVO |n-w o-M| CONVO
OUEUE
AOO
OUCUG
AOO
Slika 12: Rekurzivni izraCun digital. flltra.
Seveda je razvit tudi zbirni jezik, ki oao-
goCa laCji opis programskega podgrafa C23. Tudi
uporabo zbirnika ilustrirajmo na prioeru line-
arnega digitalnega liltra, tokrat realizlranega
v prostoru stanj, kot ga podajata enaCbi
= Ax<k> + buCk)
y(k) ° cx(k) + du(k),
kjer so A, b, c in d usrezne aatrike in vsktor-
ji. Prograit bi se v prioeru, ko so oatrike ln
vektorjl enodimenzionalni, glasili
EQUATE
MODULE
INPUT
OUTPUT
HNK
LINK
LINK
LINK
LINK
LINK
LINK
LINK
FUNCTION
FUNCHON
FUNCTION
FUNCTION
FUNCTION
FUNCTION
FUNCTION
FUNCTION
MEMORY
MEHORY
flEMORV
MEMORV
HEMORV
MEMORV
HOST
PR0C1
P1 ,""
0)
1
P13,P14|
P7 = T1 <P1 , P2> ;
PB = T2 CP3, P4) •,
DO — T*Z /DO DC\ •
PB = T2 CP3, P4) •,
P9 = T3 <P2, P5)(
P10 = T4 (P4, P6)J
P11 = T5 CP7, P8)(
P12 = T6 (P9, P10)J
P13 = T7 <P11, ) ;
P14 = T8 <P12, ) |
T1 = MJL,QUEUE(Q1,1)
T2 = MUL,QUEUE(Q2,1)
T3 = MUL,QUEUE(Q3,1)
T4 = HUL,QUEUE(Q4,1)
T5 ° ADD,QUEUE(QS,1>
T6 = ADD,QUEUE(Q6,1)
" - 0UT1(H0ST,0)|
OUTKHOST.O) }
AREAd) •
AREAd)
Q3 = AREAd)
Q4 = AREAC1)
Q5 = AREAd)
G& - AREAd)
T6
T7
T8
Q1
02
Zgarnji prograa se izvaja saao v procesorju
PR0C1, Ceprav je v algoritau prisotna doloCena
stapnja vzporednosti. Tetava je v te«, da je
potencialna vzporednost slabo razvidna, saj je
to le enodimenzlonalni zapis prograoskega
(pod)gra(a. Zato obidajno poteka prograairanje
tako, da najprej konstruiraoo prograoski .gral,
dolotJimo vzporedno lzvrSljive podgrale ter jih
zapiSeno v zbirnlku. Zgornjl pragran izhaja iz
grafa, kl je podan na Sliki 13. Opaziao, da se
Uhko levi Cizrafiun x(k+1)) ln desni (izraiiun
y(k)) del grafa izvrfiujeta vzporedno, zato levi
del priredimo procesorju PR0C1, desni del pa
procesorju PR0C2. Ustrezna prograaa, ki sta v
tea prioeru zelo podobna, sta podana na Sliki
13. Razlika med njina je le v teo, da PR0C1 po-
Silja rezultat procesorju PR0C2, oedtem ko pro-
cesor PR0C2 poSilja rezultat glavnenu procesor-
ju HOST.

80
EGUATE
MODULE
INPUT
OUTPUT
LINK
LINK
LINK
LINK
FUNCTION
FUNCTION
FUNCTION
FUNCTION
MEMORY
MEMORY
MEMORY
PROC2
PROC1
P1 ,P2
P13-,
P7 =
P8 =
P11 =
P13 =
T1 =
T2 =
T5 =
T7 =
ai =
Q2 =
Q5 =
= 2;
= 1 i
.P3,P*j
T1 (P1, P2);
T2 (P3, P4))
T5 <P7, P8)j
T7 (P11, >[
nUL,QUEUE(Q1 ,1);
nUL,SUEUE(Q2,1);
ADD,QUEUE(QS,1) ;
0UT1(PR0C2,0)i
AREAd) ;
AREAC1)j
AREAC1);
* «(
k)
\ P2 s b
P7\ /
\/
T5LJ ••-
T7(
P«
|OUT
P13
u(k)
~P4
^PIO
OUTOT8
P14
EflUATE
MODULE
INPUT
OUTPUT
LINK
LINK
LINK
LINK
FUNCTION
FUNCTION
FUNCTION
FUNCTION
MEMORV
MEHORV
MEMORV
HOST
PR0C2
P2.P4
P14j
P9
P1O
P12
P14
T3
T4
T6
T8
Q3
Q4
06
0;
• 2)
,PS,P6j
T3 (P2, P5) |
T4 <P4, P6)|
- T6 <P9, P1O)5
= T8 (P12, )]
' HUL,QUEUE(Q3,1)|
> nUL,QUEUE(Q4,1)|
A0D,QUEUECQ6,1)|
OUTKHOST.O) l
ADCA /41*
Auu,autut
OUTKHOST
AREAC1)|
AREAC1);
AREAC1);
Slika 13: Realizacija digitalnega filtra v prostoru stanj.
Pri vefiini progranskih grafov je doloCanje
vzporedno izvrSljivih podgrafov zahtevno, kar
narekuje razvoj metod za avtomatiCno iskanje
vzporednosti ter optimizacijo glede na fitevilo
uporabljenih procesorjev C43. Zelo dobrodoSel
bi bil grafifini zbirnik za generiranje kode ne-
posredno iz programskega grafa ter pascalski
ali C prevajalnik za generiranje in optimizaci-
jo progranskih grafov.
je v vseh procesorjih cel prograoski graf, vanj
pa vstopajo le podatki o pripadajofii podsliki.
Razbitje glede na graf (progra«) pa poaeni, da
pc-vi procesor opravi preoik slike, drugi norai-
ranje, tretji rotacijo itd. To poaeni, da Je v
vsakem pracesorju dcug podgraf in vanj vstopajo
podatki o celi sliki. Seveda pa js razbitje
grafa smiselno le tedaj, ko se lahko podgrafi
izvrSujejo vzporedno.
4. ZAKLJUttEK
Rezultati testov opravifiujejo uporabo
vefipracesarske arhitekture z pPD7281 C1]. Tako
npr. i-atacija binarne slike velikosti 512 X 512
to«k zahteva 0.6s pri kra2ni povezavi treh pro-
cesorjev; en procesor pa potrebuje 1.5s. Za iz-
raCun (unkcije COS(K) potrebuje en procesor
^Ojis, kaskada treh proceeorjev pa 1SJJS. V splo-
Snen se Cas obdelave eksponentno zoanjSuje z
veCanje« Stevila uporabljenih procasorjev, 2al
pa ne neomejeno, saj se pri veCjen Stevilu pro-
cesorjev pojavijo zastoji pri pretoku vhodno-
izhodnih paketov med procesorji. Zato Je odvis-
no od sane aplikacije, ali jo bono razbili gle-
de na podatke ali na programski graf . Vzeaiao
npr. abdelavo slike, ki absega naloge kot so
preisik, normiranje, rotacija itd. tte se odlofii-
mo za razbitje glede na podatke, razbijemo sli-
ka na padslike, tako da se vsaka podslika isto-
Casno obdela v svojera procesarju. To poneni, da
5. LITERATURA
C13 Chong Y.M.
Processing,
pp.97-103
Data Flou Chip Optimizes laage
Comouter Design. Oct. 15, 198*,
C21 Jeflery T.: The jiPD7281 Prooessor, Bvta.
November 1985, pp.237-2*6
C32 MPD7281 Iaage Pipelined Processor, NEC
Electronics, Februar/ 1985
Cl RobiC B., J.SilCi On Choosing a Plan for
the Executlon of Data Flow Prograa 6raph,
Informattca 3/86
CSD Ohba N., T.Saito, V.Hoshiko: Signal Pracas-
sing on a Data-Flow Processor, HicrooroceB-
sino and Hlcropronraaaina 14,1984, pp.17-27