JP2734246B2 - パイプラインバス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物理的な分割を行な
い、信号の伝搬遅延時間に制限されていたデータ転送周
期を短くすることによって、極めて高いデータ転送スル
ープットを実現するバスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンピュータシステムでは、一般
的に、システムを構成する基板がバスを介して接続され
ている。このバスの配線長は、データ転送周期に信号が
伝搬する距離と比較して十分短くなければならず、デー
タ転送周期はある程度以上短くできないといった問題が
あった。これは、システムを構成する基板が物理的な大
きさを有しているために生じる問題で、一般的なシステ
ムでは、バスの配線長は数十ｃｍ程度必要であるため、
データ転送周期は数十ｎＳに設定されている。

【０００３】主記憶を共有する場合、システムの性能は
主記憶からのデータ供給能力、つまり、バスのデータ転
送スループットに大きく依存する。例えば、バス結合マ
ルチプロセッサシステムでは、バスがボルトネックとな
るため、バスのデータ転送スループットを高める必要が
あることが指摘されている。

【０００４】バスのデータスループットを高めるため、
バスを物理的に分割し、データ転送をパイプライン的に
行なう、パイプラインバスが提案されている。物理的な
分割によって、配線長を短くできるのみならず、従来不
特定多数対不特定多数であった接続関係が１対１となる
ため、信号の反射を抑えるための終端をとることができ
る。これによって、配線長に制限されることなくデータ
転送クロックを高めることができるようになり、さら
に、データ転送スループットを高めることができる。な
お、この場合、データ転送周期に信号が伝搬する距離が
短くなり、場合によっては、配線長よりも短くなるた
め、部分バス上に複数の転送中のデータが存在するよう
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】パイプラインバスで
は、従来、バスの占有に関する制御とデータ転送を分離
し、バスの占有に関してはバスの物理的な大きさにみあ
った低い周波数で動作させ、バスを占有することができ
た時点で、より高い周波数でデータ転送を行なってい
た。これは、データを出力するユニットとデータを受け
とるユニットの位置関係が変わるため、データ転送に前
もって、バス全体を確保する必要があるためである。こ
のような占有制御を行なうと、バスは１つのデータ転送
しか扱うことができずデータ転送の効率が低下し、デー
タ転送のスループットを高めるための障害となってい
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従来のパイプラインバス
で問題となっていたデータ転送効率の低下を回避するた
めに、本発明のパイプラインバスでは、システムを構成
するユニットが、物理的に分割された部分バスの占有状
態を示す占有線と、データ線と、データ転送の結果を示
す状態線によって接続され、前記占有線上の占有情報と
前記データ線上のデータと前記状態線上のデータ転送結
果を一方方向に転送し、かつ、データ転送を行なおうと
するユニットからのバスの使用要求を調停するスケジュ
ーラによって、部分バスを使用するユニットの識別子を
占有情報として与え、スケジューラによって与えられた
占有情報の指定にもとづき、各ユニットが独立してデー
タを出力しデータを受けとるようにして、前記占有線上
の占有状態を表す占有信号に対応する部分的なバスに対
し占有管理を行なうようになっている。これによって環
状のバス上に複数の独立した転送中のデータが存在する
ことが可能となり、データ転送のスループットを高める
ことができる。

【０００７】

【作用】次に本発明の作用について図面を参照して説明
する。図１は本発明のパイプラインバスの構成を示す図
である。図１において、１００はパイプラインバス、１
は送出ユニット、２は受理ユニット、３は占有線、４は
データ線、５は状態線、８はデータメモリ、９はスケジ
ューラである。

【０００８】また、図２は図１のパイプラインバスにお
ける送出ユニット１の構成を示す図、図３は図１の本発
明のパイプラインバスにおける受理ユニット２の構成を
示す図、図４は図１のパイプラインバスにおけるスケジ
ューラ９の構成を示す図である。図２〜図４において、
１１はアドレスカウンタ、１２は占有確認手段、１３は
データ出力手段、１４はデータ取り込み手段、１５は状
態出力手段、１６は状態確認手段、１７はデータ転送要
求手段、１８はデータ書き込み手段、１９はスロット発
行制御部である。

【０００９】本発明のパイプラインバス１００では、１
つ以上の送出ユニット１に後続して１つ以上の受理ユニ
ット２が、占有線３、データ線４および状態線５によっ
て接続される。占有線３、データ線４および状態線５上
を占有情報、データおよび状態情報が一方向に伝搬す
る。

【００１０】回路の動作時間を考えて、データは占有情
報に対して占有確認時間だけ遅れて、また、状態情報は
データからさらに状態遷移時間だけ遅れて送られるよう
になっている。各信号はデータ転送周期だけ継続するよ
うになっており、パイプラインバス１００におけるバス
占有制御は、時間的な遅れのある占有情報とデータと状
態情報の組であるスロットに関して行なわれる。図８は
スロットを構成する各信号の時間関係を示す図である。
見かけ上パイプラインバス上を該スロットが流れていく
ように見え、該スロットに適当なタイミングでデータを
送り出し取り込むことによってデータ転送を行なうよう
になっている。

【００１１】該占有情報はスロットの種類とスロットに
データを送り出す権利を持つ送出ユニットとスロット上
のデータを取り込むべき受理ユニットを指定する。該状
態情報はデータ転送の結果を示している。受理ユニット
がデータを正常に受け取ると状態情報として受理状態を
出力するようになっている。

【００１２】データ転送を行なう場合には、送出ユニッ
ト１は、まず、データ転送要求手段１７を起動し、まず
スケジューラ９に対し自らの識別子とデータ転送先のユ
ニットの識別子を指定してスロットの使用を要求する。
スケジューラ９は複数の送出ユニット１からのスロット
の使用要求間で調停を行ない１つのスロット使用要求を
選択する。続いて、スロット発行制御手段１９を起動し
て、該スロットの使用要求に指定された要求元のユニッ
トとデータ転送先のユニットを、それぞれ、送出ユニッ
トと受理ユニットとするデータスロットを発行する。

【００１３】各ユニットの占有確認手段１２は、常時、
占有線３を監視しており、データスロットを検出する
と、送出ユニットとして自分が指定されている場合に
は、データ出力手段１３を起動し占有確認時間後にデー
タ線４にアドレスカウンタ１１で指定される外部データ
メモリ８上のデータを出力する。また、受理ユニットと
して自分が指定されている場合には、データ取り込み手
段１４を起動して占有確認時間後にデータ線４上を送ら
れてくるデータを取り込み、データ書き込み手段１４を
起動しアドレスカウンタ１１のアドレスを指定して外部
データメモリ８上に該データを書き込み、状態出力手段
１５を起動しさらに状態遷移時間後に状態線５に受理状
態を出力する。取り込むべきデータがない、あるいは、
取り込んだデータの書き込みに失敗した場合には受理状
態は出力しない。なお、データ線４上に取り込むべきデ
ータがあるかないかを判定するためにはデータ線４上の
データに有効を示すビットを付加するのが最も簡便な方
法である。

【００１４】前記独立した送出ユニットと受理ユニット
の動作は、物理的な接続関係によって、必ず、データの
送出が先に行なわれるようになっている。先に送出され
たデータを取り込むことによってデータ転送が行なわれ
る。スケジューラ９の占有確認手段１２も、また、常
時、占有線３を監視しており、データスロットを検出す
ると、状態確認手段１８を起動し占有確認時間からさら
に状態遷移時間後に状態線５上を送られてくる状態情報
を調べデータスロットによるデータ転送が正常に行なわ
れたことを確認する。データ転送が正常に行なわれなか
った場合には、スケジューラ９は該データ転送を再起動
する。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図５は、本発明のパイプラインバスの一実
施例を示す図である。図５において、２００は本実施例
のパイプラインバスで、２０１は通常のバスである。２
０はモジュールで送出ユニット１と受理ユニット２とデ
ータメモリ８に対応する。９０は拡張スケジョーラでス
ケジューラ９に対応する。本実施例のパイプラインバス
２００では、拡張スケジューラ９０を起点と終点とし、
１つ以上のモジュール２０が、各ユニットの有する送出
ユニット１の後に各モジュール２０の有する受理ユニッ
ト２が続くように、占有線３、データ線４と状態線５に
よって接続されている。

【００１６】図６は、モジュール２０の構成を示す図で
ある。図６において、１は送出ユニット、２は受理ユニ
ット、８はデータメモリである。１１はアドレスカウン
タ、１２は占有確認手段である。本実施例では、各ユニ
ットに対し識別番号が与えられており、占有確認手段１
２は占有線３上の占有情報として与えられるユニットの
識別番号と自分の識別番号との比較を行なう。１３はデ
ータ出力手段、１４はデータ取り込み手段、１５は状態
出力手段、１８はデータ書き込み手段である。さらに、
２１はブロックデータ転送要求制御部でデータ転送要求
手段１７に対応する。

【００１７】図７は、拡張スケジョーラ９０の構成を示
す図であ。図７において、１２は占有確認手段、１６は
状態確認手段、１９はスロット発行制御部である。９１
はブロックデータ転送要求バッファ、９２は使用中ユニ
ットテーブル、９４はポピョレーションカウンタ、９５
は残発行数カウンタ、９６は発行間隔タイマである。拡
張スケジョーラ９０は、同時に複数のブロックデータ転
送を制御するようになっていて、前記残発行数カウンタ
９５と前記発行間隔タイマ９６の組を同時に制御するブ
ロックデータ転送の数だけ有している。

【００１８】本実施例のパイプラインバス２００を使っ
たブロックデータ転送を行なうために、モジュール２０
は通常のバス２０１を介してデータ転送元の送出ユニッ
ト、データ転送先の受理ユニット、転送するデータ領域
の先頭アドレス、転送されたデータが格納されるべき領
域の先頭アドレスと転送するデータの大きさを拡張スケ
ジューラ９０のブロックデータ転送要求バッファ９１に
書き込みブロックデータ転送を要求する。

【００１９】９４はポピュレーションカウンタである。
拡張スケジョーラ９０は一定周期ポピュレーションカウ
ンタ２４をリセットし、スロット発行手段１９を起動し
てスロットを発行する度にインクリメントするようにな
っている。該ポピュレーションカウンタ２４の値によっ
てパイプラインバス２００の使用率を知ることができ
る。ポピュレーションカウンタの値には上限値が設定さ
れており、上限値を越えている場合には新しいブロック
データ転送は起動しない。

【００２０】新しいブロックデータ転送を起動する場合
には、拡張スケジョーラ９０は、まず、ブロックデータ
転送に使用する残発行数カウンタ９５と発行間隔タイマ
９６の組を１組確保する。残発行数カウンタ９５と発行
間隔タイマ９６の組が確保できない、つまり、既にハー
ドウェアでサポートできる数のブロックデータ転送を行
なっている場合には、実行中のブロックデータ転送が完
了し残発行数カウンタ９５と発行間隔タイマ９６の組を
確保できるようになるのを待つ。

【００２１】残発行数カウンタ９５と発行間隔タイマ９
６の組を確保できた時点で、次に、拡張スケジョーラ９
０はブロックデータ転送要求バッファ９１を調べる。ブ
ロックデータ転送の要求があれば、最も優先順位の高い
ブロックデータ転送要求を選ぶ。本実施例では、優先権
は特に定義されておらず、時間的に先に行なわれたブロ
ックデータ転送要求から順に処理されるようになってい
る。

【００２２】さらに、拡張スケジョーラ９０は、作動中
ユニットテーブル９２の検索を行ない、選択したブロッ
クデータ転送要求の転送元ユニットと転送先ユニットが
他のデータ転送によって使用中であるかどうかを調べ、
使用されていなければ該ブロックデータ転送を起動す
る。データ転送に使用されているユニットは作動中ユニ
ットテーブル９２に登録されるようになっており、検索
の結果、作動中ユニットテーブル９２に登録されてい
る、つまり、他のブロックデータ転送によって使用され
てるい場合には、該ブロックデータ転送は起動しない。
この場合には、ブロックデータ転送の要求がある限り前
記手順を繰り返す。

【００２３】拡張スケジョーラ９０は、まず、データ転
送元の送出ユニットとデータ転送先の受理ユニットのア
ドレスカウンタ１１に、ブロックデータ転送要求として
指定された転送するデータ領域の先頭アドレスと転送さ
れたデータを格納する領域の先頭アドレスを、それぞ
れ、セットするために２つのアドレススロットを発行
し、ブロックデータ転送を起動する。該アドレススロッ
トはユニットのアドレスカウンタ１１にアドレスをセッ
トするためのスロットで、アドレスをセットしたいユニ
ットを受理ユニットとし、セットするアドレスをデータ
とするスロットである。なお、データ送出ユニットはス
ケジューラである。各ユニットは、常に、状態線３を監
視しており、アドレススロットを検出すると、受理ユニ
ットとして自分が指定されていれば、データ取り込み手
段１４を起動し占有確認時間経過後にデータ線４上を送
られてくるアドレスを取り込みアドレスカウンタ１１に
セットする。さらに、状態遷移時間後に状態線５に受理
状態を出力する。拡張スケジョーラ９０は、占有線３を
監視しており、アドレススロットを検出すると、状態確
認手段１６を起動し占有確認時間からさらに状態遷移時
間後に状態線５上を送られてくる状態情報を調べ、送出
したアドレスが指定した受理ユニットに受け取られアド
レスカウンタ１１にセットされたことを確認する。２つ
のアドレスカウンタ１１へのアドレスのセットを確認し
た時点で、ブロックデータ転送要求に指定された転送元
ユニットおよび転送先ユニットを使用中ユニットテーブ
ル９２に登録し、確保した残発行数カウンタ９５にデー
タ転送要求に指定されたデータ大きさから定まるデータ
転送回数をセットし、最初のデータスロットを発行す
る。

【００２４】該データスロットの占有情報には送出ユニ
ットとして転送元ユニットと受理ユニットとしてデータ
転送先のユニットが、それぞれ、指定されている。各ユ
ニットは、常に、占有線３を監視しており、データスロ
ットを検出すると、送出ユニットとして自分が指定され
ている場合には、データ出力手段１３を起動しアドレス
カウンタ１１で指定されるアドレスのデータを占有確認
時間後にデータ線４に出力し、アドレスカウンタをイン
クリメントする。受理ユニットとして自分が指定されて
いる場合には、データ取り込み手段１４を起動し占有確
認時間後にデータ線４上を送られてくるデータを取り込
み、データ書き込み手段１８を起動しアドレスカウンタ
１１のアドレスを指定してデータメモリ８に該データを
書き込み、アドレスカウンタ１１をインクリメントす
る。さらに、状態出力手段１５を起動し状態遷移時間後
に状態線５に受理状態を出力する。

【００２５】拡張スケジューラ９０は、占有線３を監視
しており、データスロットを検出すると、状態確認手段
１６を起動し占有確認時間からさらに状態遷移時間後に
状態線５上を送られてくる状態情報を調べ、データスロ
ットによるデータの転送が正常に行なわれたことを確認
する。

【００２６】拡張スケジューラ９０は、ブロックデータ
を転送するために、ブロックデータ転送要求として指定
されたデータの大きさから定まる回数のデータ転送を連
続的に行なうようになっている。

【００２７】２つのアドレスカウンタ１１へのアドレス
のセットを確認した時点で、拡張スケジューラ９０は最
初のデータスロットを発行する。データスロットの発行
と同時に、残発行数カウンタ９５をデクリメントし、発
行間隔タイマ９６にメモリがアクセスを処理するために
必要とする時間によって定まる発行間隔時間値をセット
する。該発行間隔タイマ９６はクロックによってデクリ
メントされるようになっており、該発行間隔カウンタ９
６の値が０になると残発行数カウンタ９５が０になるま
でデータスロットの発行を繰り返す。

【００２８】アドレススロットによるアドレスのセッ
ト、あるいは、データスロットによるデータの転送が失
敗した場合には、その時点で実行中のデータ転送を中止
し、実行にあたって確保した資源を解放し、さらに、該
データ転送を再起動する。

【００２９】最後のデータスロットによるデータ転送が
正常に行なわれ、つまり、要求されたブロックデータ転
送が完了した時点で、拡張スケジューラ９０はブロック
データ転送要求バッファ９１から該ブロックデータ転送
要求を抹消し、同時に、使用中ユニットテーブル９２か
ら該ブロックデータ転送に使用していた送出ユニットお
よび受理ユニットの登録を抹消する。さらに、使用して
いた残発行数カウンタ９５および発行間隔タイマ９６の
組を解放しブロックデータの転送を終了する。

【００３０】

【発明の効果】本発明によると、データの転送スループ
ットを向上することを目的としたパイプラインバスにお
ける占有制御の効率を向上することができ、データの転
送スループットを更に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパイプラインバスの構成を示すブロッ
ク図。

【図２】図１のパイプラインバスにおける送出ユニット
の構成を示すブロック図。

【図３】図１のパイプラインバスにおける受理ユニット
の構成を示すブロック図。

【図４】図１のパイプラインバスにおけるスケジューラ
の構成を示すブロック図。

【図５】本発明の一実施例であるパイプラインバスの構
成を示す図。

【図６】図５の実施例におけるモジュール２０の構成を
示す図。

【図７】図５の実施例における拡張モジューラ９０の構
成を示す図。

【図８】図１のパイプラインバスにおいてスロットを構
成する各信号の時間関係を示す図。

【符号の説明】

１ リクエスター ２ サーバ ３ 占有線 ４ データ線 ５ 状態線 ６ スロットデファイナ線 ９ スケジューラ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バスを物理的に分割することによってデ
   ータ転送周期を短くし、データ転送スループットを向上
   させたバスにおいて、システムを構成するユニットが、
   物理的に分割された部分バスの占有状態を示す占有線
   と、データ線と、データ転送の結果を示す状態線によっ
   て接続され、前記占有線上の占有情報と前記データ線上
   のデータと前記状態線上のデータ転送結果を一方方向に
   転送し、かつ、データ転送を行なおうとするユニットか
   らのバスの使用要求を調停するスケジューラによって、
   部分バスを使用するユニットの識別子を占有情報として
   与え、スケジューラによって与えられた占有情報の指定
   にもとづき、各ユニットが独立してデータを出力しデー
   タを受けとることを特徴とするパイプラインバス。