DE3687237T2

DE3687237T2 - Verfahren und geraet zur versorgung von histogrammdaten.

Info

Publication number: DE3687237T2
Application number: DE8686300758T
Authority: DE
Inventors: Arnold Frisch
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1986-02-05
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2006-02-06
Also published as: EP0194744B1; JPS61208167A; US4774681A; DE3687237D1; JPH053032B2; EP0194744A3; CA1253975A; EP0194744A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Daten für ein Histogramm, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung derartiger Daten auf Echtzeitbasis.
Ein Histogramm ist eine Darstellung der Anzahl und/oder Dauer gewisser Ereignisse, beispielsweise eine Veranschaulichung der von einem keiner zur Ausführung diverser Vorgänge oder Anweisungen benötigten Zeiten. Eine Abbildung eines Histogramms ist in Fig. 3 zu sehen, in dem verschiedene Ereignisse durch verschiedene horizontale Balken dargestellt sind und die Längen dieser Balken die Anzahl der Ereignisse oder die verstrichene Zeit darstellen.
Ein Histogramm kann von einem Rechner mittels eines Softwareablaufs erzeugt werden, der auf Abtast-Basis zur Protokollierung der für verschiedene Prozeduren erforderlichen Zeiten oder der Anzahl ihres Auftretens verwendet wird; dieser Ansatz hat jedoch leider die Wirkung, daß er die in Test befindliche Software oder Rechner beeinträchtigt. Ein zweiter Ansatz bestünde darin, eine Vielzahl von Hardware-Zeitgebern oder Zählern zu verwenden, von denen jeder einem bestimmten Ereignis oder einer bestimmten Prozedur zugeordnet ist, und jeder schaltet, wenn dieses bestimmte Ereignis oder Prozedur stattfindet. Dieser Ansatz ist bei einer begrenzten Anzahl von Ereignissen befriedigend, wird jedoch bei einem Histogramm jedweder Größe unpraktisch.
"Polynom-Zähler", bei denen es sich um lineare Schieberegister mit Rückkopplung handelt, die eine pseudozufällige Zahlensequenz erzeugen, sind in dem Artikel "The Polynomial Counter Design Technique with Applications in Four-phase Logic" von D.L. Moon, erschienen in "Computer Design", November 1969, auf den Seiten 135-143 erläutert.
Ebenfalls bekannt ist die Verwendung von Polynom-Zählern als Ersatz für binäre Zähler in Mikroprozessoren zur Adressenberechnung, wie sie von O. Kaestner in "Computer Design", Band 14, Nr. 1, Januar 1975, Seiten 69-75 unter dem Titel "Implementing Branch Instructions with Polynomial Counters" erläutert ist.
Ein Verfahren aus dem Stand der Technik zur Bereitstellung von Daten ist in einer Veröffentlichung von Steven Kerman mit dem Titel "A Facility for Analyzing Microprocessor System Performance", erschienen in "Digest of Papers", IEEE Compcon, 1979 beschrieben. Bei diesem System werden eine große Anzahl von Zählern durch einen Zähler und einen Arbeitsspeicher simuliert. Während des Auftretens eines jeden Ereignisses zählt der Zähler Taktimpulse, und seine Schlußzählung wird zu einem gespeicherten Wert im Speicher hinzuaddiert. Derselbe Addierer wird der Reihe nach zur Aktualisierung vieler verschiedener Speicherplätze verwendet. Zwar ist dieses System praktischer als eine Vielzahl von Zählern; es ist jedoch in gewissem Maße Hardware-intensiv und aufgrund der für den Betrieb des Addierers erforderlichen Zeit langsamer als erwünscht. Mangelnde Geschwindigkeit schränkt jedoch die Nützlichkeit eines Histogramm-Prozessors bei Echtzeit-Anwendungen erheblich ein.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Daten für ein Histogramm zur Verfügung gestellt, die folgendes umfaßt:
einen Arbeitsspeicher (11) mit einer Vielzahl adressierbarer Plätze;
ein Schieberegister (15), das parallel geladen und in Rückkopplungsrelation zwischengeschaltet werden kann, um bei Verschiebung von darin vorhandenen Daten eine vorbestimmte Zahlensequenz zu erstellen, wobei diese Sequenz die Anzahl der Ereignisse darstellt, bei denen eine Verschiebung stattgefunden hat; und
eine Vorrichtung (13) zum Laden von Daten aus einem gewählten adressierbaren Platz parallel in das Schieberegister als Antwort auf ein Befehlssignal ("FETCH") und zum Übertragen des Inhalts des Schieberegisters zurück an den gewählten adressierbaren Platz bei Vollendung des Befehlssignals;
wobei das Schieberegister während des Vorhandenseins des Befehlssignals zyklisch durch die vorbestimmte Zahlensequenz verläuft.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung von für ein Histogramm geeigneten Daten zur Verfügung gestellt, das folgende Schritte umfaßt:
Paralleles Laden eines Schieberegisters (15) mit einem Wert, der an einer gewählten Adreßstelle eines Arbeitsspeichers (11) gespeichert wird, als Antwort auf ein Befehlssignal ("FETCH"), wobei das Schieberegister in Rückkopplungsrelation zwischengeschaltet ist, um eine vorbestimmte Zahlensequenz zu erstellen, wenn Daten in ihm verschoben werden, wobei diese Sequenz die Anzahl der Ereignisse darstellt, bei denen eine Verschiebung stattgefunden hat;
Verschieben der Daten innerhalb des Schieberegisters, während das Befehlssignal anliegt, gemäß der vorbestimmten Zahlensequenz; und
Übertragen der Daten aus dem Schieberegister in die gewählte Adreßstelle nach Vollendung des Befehlssignals.
Auf die voranstehend beschriebene Art wird die Implementierung einer Vielzahl von Zählern vermieden, und auch die Implementierung eines getrennten Zählers und Addierers wird hierdurch umgangen, was sich in einer Verringerung der Kosten und der Komplexität des Systems unter gleichzeitiger Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit auswirkt.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Zeichnungen

Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Daten für ein Histogramm;
Fig. 2 ein Diagramm, das eine von der Vorrichtung aus Fig. 1 erzeugte pseudozufällige Sequenz darstellt; und
Fig. 3 eine Darstellung eines typischen Histogramms.

Detaillierte Beschreibung

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 wird ein Arbeitsspeicher 11 dazu verwendet, Histogramm-"Zählungen" zu speichern, die die Größe von Histogrammelementen darstellen, beispielsweise die Längen der horizontalen Balken in dem Histogramm aus Fig. 3. Es versteht sich, daß herkömmliche Graphikanzeigevorrichtungen zur Anzeige der Balken (oder jeder anderen passenden Darstellungsform) als Antwort auf die Zahlen verwendet werden, die an verschiedenen Stellen von Speicher 11 gespeichert sind.
Im vorliegenden Beispiel wird die Erzeugung eines Histogramms im Zusammenhang mit der bildhaften Darstellung der akkumulierten Zeiten beschrieben, die ein Rechner benötigt, gewisse Verfahren zu implementieren, z. B. wobei das Histogrammelement die Gesamtzahl des Auftretens einer Anweisung oder einer Gruppe von Anweisungen und die Gesamtzahl der Zeiten für die Ausführung dieser darstellt. Diese Daten sind zur Erfassung von Prozeduren nützlich, für die übermäßige Zeit erforderlich sein könnte.
Die Datenausgangs-Verbindungen von Arbeitsspeicher 11, die mit 25 bis 32 bezeichnet sind, sind über Zwischenschaltungen mit den parallelen Dateneingängen P&sub0; bis P&sub7; von Schieberegister 15 verbunden. Insbesondere sind aufeinanderfolgende Ausgänge 25 bis 31 des Arbeitsspeichers mit den parallelen Dateneingängen P&sub1; bis P&sub7; des Schieberegisters verbunden. Ein Exklusiv-ODER- Gatter 35 empfängt Eingaben von den Datenausgangsleitungen 27 und 32 und liefert den parallelen P&sub0;-Eingang des Schieberegisters. Die parallelen Datenausgänge des Schieberegisters 15, bezeichnet mit Q&sub0; bis Q&sub7;, werden als die Dateneingänge für den Arbeitsspeicher 11 durch den Bus 39 zurückgeleitet, während zwei Schieberegisterausgänge, Q&sub2; und Q&sub7;, den seriellen Eingang D&sub0; des Schieberegisters in Rückkopplungsrelation mittels Exklusiv-ODER-Gatter 37 liefern.
Lese/Schreib-Steuerung 13 betreibt Arbeitsspeicher 11 so, daß er jeweilige Lese- und Schreibvorgänge an auf Adreßbus 21 angegebene Adressen bewirkt, der einen Adreßbus eines Rechners umfassen kann. Eigentlich können nur vorbestimmte höherrangige Bits von Bus 21 zur Adressierung von Speicher 11 verwendet werden, wodurch jede Stelle im Speicher 11 eine Serie von Rechneranweisungen identifiziert.
Lese/Schreibsteuerung 13 empfängt von dem in Test befindlichen Rechner ein Holesignal ("FETCH"-Signal) zur Initiierung eines Lesens des Speichers 11, und ebenfalls zum Erstellen eines voreingestellten Freigabe-Signals ("preset enable signal") auf Leitung 17. Das voreingestellte Freigabe-Signal gibt das Schieberegister zur Annahme paralleler Daten auf Eingängen, bezeichnet mit P&sub0; bis P&sub7;, von dem Speicher frei, wenn es später von einem Rechnertaktimpuls auf Leitung 19 getaktet wird. Ist es nicht derartig freigegeben, dann funktioniert das Schieberegister auf herkömmliche Weise und verschiebt am seriellen Eingang D&sub0; empfangene Daten von links nach rechts, wenn Impulse von dem Rechnertaktgeber geliefert werden.
Das voreingestellte Freigabe-Signal auf Leitung 17 verschwindet nach einem Taktimpuls, wodurch nachfolgende Taktimpulse die parallel eingegebenen Daten verschieben. Die Daten verschieben sich weiterhin mit jedem Rechnertaktimpuls so lange, wie ein bestimmter Abschnitt eines Programmes ausgeführt wird, wie dargestellt durch eine gegebene Anweisung (oder Reihe von Anweisungen), deren Adresse über Bus 21 angelegt wird.
Das Schieberegister 15 in der vorliegenden Ausführungsform empfängt serielle Eingabedaten von Gatter 37, die die durch Exklusiv-ODER verbundenen Ausgänge Q&sub2; und Q&sub7; von dem Schieberegister umfassen. Diese serielle Eingabeinformation wird bei jedem Taktimpuls um eine Position nach rechts verschoben, und aus dieser besonderen Rückkopplungskonfiguration ergibt sich, daß das Schieberegister eine pseudozufällige Sequenz bekannter Länger erzeugt, die hier 217 einzigartige Kombinationen paralleler Ausgänge Q&sub0; bis Q&sub7; umfaßt. Ein Bereich dieser Sequenz ist in Fig. 2 dargestellt. Alternative Rückkopplungsverbindungen zur Erstellung verschiedener pseudozufälliger Sequenzen sind eindeutig möglich und die hierin beschriebene Konfiguration ist nur als Beispiel angegeben. Die Sequenz einzigartiger Ausgänge werden wie aufeinanderfolgende Zahlen zum Beschreiben der akkumulierten Größe eines gegebenen Histogramm-Elementes behandelt. Schaltet dann die Holeleitung des Rechner auf "false", wird der Inhalt des Registers über die Leitungen 39 zurück in die adressierte Stelle des Arbeitsspeichers geladen, um die vorher an derselben Adresse gespeicherte Zahl zu "aktualisieren".
Zusammenfassend ergibt sich, daß bei der Hole-Anweisung für eine bestimmte Adresse (oder Serie von Adressen) das Schieberegister das Endergebnis vorheriger pseudozufälliger Sequenzierung als parallelen Eingang empfängt und so lange in derselben pseudozufälligen Sequenz fortfährt, wie diese Adresse (oder Serie von Adressen) aktuell bleibt. Der adressierte Platz in dem Arbeitsspeicher wird dann aus dem Schieberegister 15 neugeladen, um eine Aktualisierung mit dem neuesten Wert für das Histogrammelement zu bewirken.
Wie voranstehend ausgeführt wird der Inhalt von Arbeitsspeicher 11 nicht direkt in die parallelen Eingänge des Schieberegisters geladen, sondern wird über das dazwischentretende Netz einschließlich dem Exklusiv-ODER-Gatter 35 geladen. Es ergibt sich, daß das parallele Laden des Schieberegister das Muster repliziert, das existieren würde, wenn der Ausgang von dem Arbeitsspeicher sich bereits in dem Schieberegister befände und der Inhalt des Schieberegisters dann um eine Position nach rechts verschoben wäre. Daher bewirkt der Taktimpuls, der das Laden des Speicherausganges in das Schieberegister auslöst, selbst eine Verschiebung in der Sequenz, so daß bei sofortiger Zurückschreibung des Inhaltes des Schieberegisters in den Speicher 11 die Akkumulation für die Zeitperiode eines Taktimpulses richtig erfolgt.
Es ist zu bemerken, daß die Akkumulation und das Neuladen des Speichers durch das Schieberegister ohne das Erfordernis eines Addierers erfolgt, und daher wird die für die Vollziehung der Übertragung erforderliche Zeit vermieden. Das vorliegende System hat eine wesentlich erhöhte Betriebsgeschwindigkeit und kann Informationen für eine Anzeige in Echtzeit erzeugen, die von Taktgebern mit Geschwindigkeiten von zwanzig MHz und höher erzeugt wurden.
Die Erzeugung eines Histogramms zur bildlichen Darstellung von Rechnerleistungen ist nur als Beispiel angegeben, und Histogramme lassen sich für eine große Vielzahl von Zwecken erzeugen. Beispielsweise können die Histogramm-Balken aus Fig. 3 die inkrementalen Zeitperioden darstellen, die ein gegebener Spannungspegel einer Wellenform, z. B. einer Rechteckwelle oder dergleichen, einnimmt. Das Histogramm kann dann dazu verwendet werden, Eigenschaften der beobachteten Wellenform, wie Durchschnitts- und RMS-Werte, Tastverhältnis, etc. abzuleiten. Bei diesen Anwendungen ermöglicht die Verwendung eines schnellen Histogramm-Prozessors eine Berechnung von Ergebnissen in erheblich weniger Zeit als es andernfalls möglich wäre.
Es ist üblich, Wellenformen bei Frequenzen im 14 bis 20 MHz- Bereich für Videoanwendungen zu digitalisieren, und es war daher bislang schwierig, eine Histogramm-Verarbeitung zu entwerfen und zu konstruieren, die damit Schritt halten kann; diese Geschwindigkeiten werden jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung leicht erreicht. Überdies läßt sich eine Histogramm- Verarbeitung auf die Akkumulation von statistischen Daten zur Verwendung bei komplexen Echtzeit-Steuersystemen anwenden. Zwei mögliche Anwendungsbereiche sind die Steuerung eines Kernreaktors und Steuerungen für große elektrostatische Luftreiniger.
Für die Histogramm-Verarbeitung im Fließkomma-Kontext lassen sich zwei Histogramm-Prozessoren der hierin offenbarten Art verwenden: einer erzeugt ein Modulo-Histogramm, d. h. er akkumuliert die Mantisse eines Fließkomma-Histogramms, und der zweite erzeugt das Merkmal oder den Exponenten des Fließkomma- Histogramms durch Zählung der Modulo-Überträge und Akkumulation ihres Gesamtwertes an einer Speicheradresse, die der für die Mantisse verwendeten Speicheradresse entspricht. Typischerweise sind die beiden Prozessoren über einen FIFO-Pufferspeicher relativ locker miteinander verbunden, um zu ermöglichen, daß der Exponentenprozessor aus langsamerer, kostengünstigerer Hardware gebaut sein kann als der Mantissenprozessor. Der Grund zur Verwendung eines Fließkomma-Histogrammprozessors besteht darin, eine Verarbeitung von Histogrammen größerer Tiefe zu ermöglichen, während schnelle Hardware verwendet wird, die für ein Histogramm geringerer Tiefe ausreicht.

Claims

1. Vorrichtung zur Bereitstellung von Daten für ein Histogramm, folgendes umfassend:

einen Arbeitsspeicher (11) mit einer Vielzahl adressierbarer Stellen;

ein Schieberegister (15), das parallel geladen und in Rückkopplungsrelation zwischengeschaltet werden kann, um bei Verschiebung von Daten in ihm eine vorbestimmte Zahlensequenz zu erstellen, wobei die Sequenz die Anzahl der Ereignisse darstellt, bei denen die Verschiebung stattgefunden hat; und

eine Vorrichtung (13) zum Laden von Daten aus einer gewählten adressierbaren Stelle parallel in das Schieberegister als Antwort auf ein Befehlssignal ("FETCH") und zur Übertragung des Inhaltes des Schieberegisters zurück an die gewählte adressierbare Stelle bei Vollendung des Befehlssignals;

wodurch das Schieberegister die vorbestimmte Zahlensequenz zyklisch durchläuft, während das Befehlssignal anliegt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die Ladevorrichtung eine Logikvorrichtung (35) umfaßt, die die Daten von der gewählten Adreßstelle, die bereits einmal in der vorbestimmten Zahlensequenz inkrementiert verschoben wurden, als Daten im Schieberegister repliziert.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin das Schieberegister eine Gattervorrichtung (37) umfaßt, die parallele Ausgänge des Schieberegisters empfängt und einen logischen Ausgang erstellt, der mit einem seriellen Eingang des Schieberegisters gekoppelt ist, um eine Rückkopplung zu erstellen, um die vorbestimmte Zahlensequenz bereitzustellen.

4. Verfahren zur Bereitstellung von für ein Histogramm geeigneten Daten, folgende Schritte umfassend:

Paralleles Laden eines Schieberegisters (15) mit einem Wert, der an einer gewählten Adreßstelle eines Arbeitsspeichers (11) gespeichert wird, als Antwort auf ein Befehlssignal ("FETCH"), wobei das Schieberegister in Rückkopplungsrelation zwischengeschaltet ist, um bei Verschiebung von Daten in ihm eine vorbestimmte Zahlensequenz zu erstellen, wobei diese Sequenz die Anzahl der Ereignisse darstellt, bei denen eine Verschiebung stattgefunden hat;

Verschieben der Daten innerhalb des Schieberegisters, während das Befehlssignal anliegt, gemäß der vorbestimmten Zahlensequenz; und

Übertragen der Daten aus dem Schieberegister an die gewählte Adreßstelle bei Vollendung des Befehlssignals.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, worin der Verschiebeschritt den Schritt der Rückkopplung einer vorbestimmten logischen Kombination des Inhaltes des Schieberegisters an einen seriellen Eingang des Schieberegisters umfaßt, um die vorbestimmten Zahlensequenz zu definieren.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, weiterhin umfassend den Schritt des initialisierenden Ladens eines vorbestimmten Wertes aus der Sequenz in jede Adreßstelle des Speichers.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4, worin der Schritt des Ladens des Schieberegisters das inkrementierte Verschieben des Wertes aus der gewählten Adreßstelle um Eins in der vorbestimmten Zahlensequenz umfaßt, wenn dieser Wert aus der gewählten Adreßstelle in das Schieberegister geladen wird.