JP3628265B2 - マルチプロセッサシステム装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のプロセッサを使用したマルチプロセッサシステム装置に関し、特に、マルチプロセッサに対して無同期実行を行うマルチプロセッサシステム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は、無同期実行を行うマルチプロセッサシステム装置の構成を示した概略のブロック図である。
従来、図7で示すように、各プロセッサCPU1〜CPUnが無同期実行を行うマルチプロセッサシステム装置100においては、ローカルメモリLOCAL1〜LOCALn(nは、n>1の自然数)を有する各プロセッサCPU1〜CPUnを、交信用メモリCOMM1〜COMMnを介してバス等のデータ交換装置、図7ではデータ交信用バス101で接続していた。
【0003】
無同期実行が行われる場合は、各ローカルメモリLOCAL1〜LOCALnにあらかじめデータ及び命令が格納され、データ交換装置の遅延も考慮して詳細にスケジュールする。このようにすることにより、任意のプロセッサが対応する交信用メモリにアクセスする際、該交信用メモリに格納されているデータが必ず有効であるようにすることで無同期実行が可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の構成では、高速なローカルメモリLOCAL1〜LOCALnにすべてのデータを格納しておかなければ無同期実行を実現することができないことから、記憶容量の大きなローカルメモリLOCAL1〜LOCALnを必要とするという問題があった。また、一般的なメモリの高速化技術であるキャッシュメモリを使用した場合には、キャッシュミス時にプロセッサの動作時間に不確定性が生じることから、無同期実行を行うことができなかった。
【0005】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、キャッシュヒット時には無同期実行を行い、キャッシュミスが発生すると同期実行を行うと共に、各命令に同期用タグを付加してバリア同期を行いバリア成立と同時に無同期実行を行うようにして、ローカルメモリにキャッシュメモリを備えた一般的なメモリ構成で無同期実行を行うことができるマルチプロセッサシステム装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るマルチプロセッサシステム装置は、複数のプロセッサが対応する交信用メモリ部を介してデータバス等からなるデータ交換部によって接続されてなるマルチプロセッサシステム装置において、無同期実行を行う無同期モードと同期実行を行う同期モードを有する複数のプロセッサと、該各プロセッサに対応して設けられた各メモリ部と、各プロセッサと対応するメモリ部との間に設けられた各キャッシュメモリ部と、無同期モード時に各プロセッサにおけるキャッシュミス発生の検出を行い、少なくとも1つのプロセッサでキャッシュミス発生を検出すると、各プロセッサに対して、画一的に無同期モードから同期モードに動作モードの切り替えを行わせる動作モード切替制御部とを備えるものである。
【0007】
具体的には、上記各プロセッサは、無同期モード時にキャッシュミスが発生すると所定の信号を出力し、上記動作モード切替制御部は、各プロセッサの少なくとも1つから該所定の信号が出力されると、該各プロセッサに対して、画一的に無同期モードから同期モードに動作モードの切り替えを行わせるようにした。
【0008】
また、上記各プロセッサは、実行するための各命令ごとにあらかじめ対応して付加された少なくとも1ビットのデータからなるタグを動作モード切替制御部にそれぞれ出力し、動作モード切替制御部は、同期モード時の各プロセッサから出力されたタグが一致すると、該各プロセッサに対して画一的に同期モードから無同期モードに動作モードの切り替えを行わせるようにしてもよい。
【0009】
具体的には、上記タグは、同一時期に各プロセッサが実行することをコンパイラによってスケジュールされた命令に対して有効となるように付加されるようにした。
【0010】
また、上記各プロセッサは、タグのビット数に対応した信号線で構成された同一の同期検出用信号線を介して、動作モード切替制御部にタグをそれぞれ出力すると共に、出力したタグと同一のデータが該同期検出用信号線から入力されるまで新たな命令の実行を停止するようにしてもよい。
【0011】
更に、上記各交信用メモリ部は、所定の単位データごとにフラグを設け、データが書き込まれると該フラグをデータ有効状態にすると共に、書き込まれたデータが読み出されると該フラグをデータ無効状態にし、各プロセッサは、同期モード時に所望の交信用メモリ部に対して、上記フラグがデータ有効状態のときのみデータ読み出しを行い、上記フラグがデータ無効状態のときのみデータ書き込みを行うようにしてもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるマルチプロセッサシステム装置の例を示した概略のブロック図である。
【0013】
図1において、マルチプロセッサシステム装置1は、複数のプロセッサCPU1〜CPUn(nは、n>1の自然数)と、ローカルメモリLOCAL1〜LOCALnと、キャッシュメモリCACHE1〜CACHEnと、ロック・アンロック式の交信用メモリCOMM1〜COMMnとを備えている。更に、マルチプロセッサシステム装置1は、各プロセッサCPU1〜CPUnに対する動作モードの切替制御を行う動作モード切替制御部2と、各プロセッサCPU1〜CPUnを交信用メモリCOMM1〜COMMnを介して接続するデータ交信用バス3とを備えている。
【0014】
動作モード切替制御部2は、プルアップ抵抗4でプルアップされ、無同期実行時の各プロセッサCPU1〜CPUnにおけるキャッシュミスの発生の有無を検出するために使用するキャッシュミス検出用信号線5、及び同期モード時に各プロセッサCPU1〜CPUnがすべて同期したことを検出するための同期検出用信号線6で各プロセッサCPU1〜CPUnと接続されている。更に、動作モード切替制御部2は、各プロセッサCPU1〜CPUnに対して動作モードの切替制御を行うための制御信号線7で各プロセッサCPU1〜CPUnにそれぞれ接続されている。
【0015】
また、ローカルメモリLOCAL1〜LOCALn、キャッシュメモリCACHE1〜CACHEn及び交信用メモリCOMM1〜COMMnは、プロセッサCPU1〜CPUnにそれぞれ対応して設けられている。ローカルメモリLOCAL1〜LOCALnは、対応するキャッシュメモリCACHE1〜CACHEnを介してプロセッサCPU1〜CPUnに対応して接続されている。
【0016】
このような構成において、各プロセッサCPU1〜CPUnは、キャッシュミスが発生していない通常時にキャッシュミス検出用信号線5をHighレベルにし、キャッシュミスを検出するとキャッシュミス検出用信号線5をLowレベルにする。このことから、各プロセッサCPU1〜CPUnのいずれか1つでキャッシュミスが検出されると、キャッシュミス検出用信号線5はLowレベルとなり、プロセッサCPU1〜CPUnのすべてでキャッシュミスが検出されなかった場合、キャッシュミス検出用信号線5はHighレベルとなる。
【0017】
動作モード切替制御部2は、各プロセッサCPU1〜CPUnに対して、キャッシュミス検出用信号線5がHighレベルのときは、無同期動作を行う無同期モードで動作するように制御信号を出力し、キャッシュミス検出用信号線5がLowレベルのときは、同期動作を行う同期モードで動作するように制御信号を出力する。各プロセッサCPU1〜CPUnは、同期モードで動作するように制御信号が入力されると、システムクロックの検出を行い、検出したシステムクロックで同期モードに切り替わる。
【0018】
例えば、図2で示すように各プロセッサCPU1〜CPUnが無同期モードで動作している際、プロセッサCPU1でキャッシュミスが発生したとすると、プロセッサCPU1によってキャッシュミス検出用信号線5はLowレベルになることから、動作モード切替制御部2は、各プロセッサCPU1〜CPUnをそれぞれ同期モードに切り替えさせる。なお、無同期モードから同期モードに切り替わる際、各プロセッサごとに切り替わりタイミングに多少の差が生じても、交信用メモリの動作速度に比べてキャッシュミス検出用信号線5の伝搬速度が高速であれば問題は生じない。
【0019】
一方、各プロセッサCPU1〜CPUnがそれぞれ実行する命令には、図3で示すように、数ビット、例えば図3では4ビットのタグが付加され、該4ビットデータは、同期検出用信号線6を介して動作モード切替制御部2に出力される。該タグは、同一時期に実行することがコンパイラによってスケジュールされた命令に対して、同一のビットを「1」にして設定し、これを同期ポイントと呼び、図3では、命令B及び命令Dが同期ポイントとなる。このようなタグは、無同期モードでは命令と共に読み出されるだけであるが、同期モードでは、プロセッサCPU1〜CPUnからそれぞれ同期検出用信号線6に出力され、プロセッサCPU1〜CPUnは、出力したタグと同一のタグを同期検出用信号線6から受け取らない限り、次の命令を実行しないように制御される。
【0020】
図4で示すように、各プロセッサCPU1〜CPUnから同期検出用信号線6に同一のタグがそれぞれ出力されると、動作モード切替制御部2は、各プロセッサCPU1〜CPUnに対して、無同期モードに切り替えるように制御信号を出力し、各プロセッサCPU1〜CPUnは、該制御信号によってそれぞれ無同期実行を開始する。なお、上記説明では、タグが4ビットデータで構成されている場合を例にして説明したが、タグは少なくとも1ビットのデータで構成されればよく、同期検出用信号線6は、タグのビット数に対応した数の信号線で構成されている。また、キャッシュミス検出用信号線5及び同期検出用信号線6に、バリア同期線を使用してもよく、このようにすることにより、ハードウェアを増加させることなく実現することができる。
【0021】
このように、本第1の実施の形態におけるマルチプロセッサシステム装置は、キャッシュミスが発生したプロセッサがキャッシュミス検出用信号線5をLowレベルにすることによって、動作モード切替制御部2がキャッシュミスの発生を検出し、各プロセッサCPU1〜CPUnをそれぞれ同期モードに切り替えるようにした。更に、各プロセッサCPU1〜CPUnが実行する命令にタグを付加し、各プロセッサCPU1〜CPUnから同期検出用信号線6に同期ポイントとして設定された同一のタグがそれぞれ出力されると、動作モード切替制御部2によって各プロセッサCPU1〜CPUnが無同期モードに切り替わるようにした。このことから、ローカルメモリにキャッシュメモリを備えた一般的なメモリ構成で無同期実行を行うことができる。
【0022】
第2の実施の形態.
上記第1の実施の形態では、複数のプロセッサが連続してキャッシュミスを起こすと頻繁に同期モードに切り替わり、その都度すべてのプロセッサCPU1〜CPUnの同期を取ることになるため、性能が低下する可能性があった。そこで、第1の実施の形態におけるマルチプロセッサシステム装置において、交信用メモリCOMM1〜COMMnに格納されたデータの各ワードごとに同期フラグを設け、該同期フラグに応じてデータの読み出し及び書き込みを行うようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第2の実施の形態とする。
【0023】
図5は、本発明の第2の実施の形態におけるマルチプロセッサシステム装置の例を示した概略のブロック図である。なお、図5では、図1と同じものは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると共に図1との相違点のみ説明する。
図5における図1との相違点は、図1の交信用メモリCOMM1〜COMMnに格納されたデータに対して、交信用メモリCOMM1〜COMMnが各ワードごとに同期フラグを設けるようにしたことにある。このことから、図5では、図1の交信用メモリCOMM1〜COMMnを交信用メモリCOMMA1〜COMMAnとし、図1のマルチプロセッサシステム装置1をマルチプロセッサシステム装置1Aとした。
【0024】
図5において、各交信用メモリCOMMA1〜COMMAnは、図6で示すように、データが書き込まれると各ワードごとに同期フラグFをセットしてデータ有効状態にし、書き込まれたデータが読み出されると該読み出されたデータに対する各ワードごとの同期フラグFをリセットしてデータ無効状態にする。各プロセッサCPU1〜CPUnは、無同期モードでは該同期フラグFを無視し、同期モードにおいて、次に説明するような動作を行う。
【0025】
各プロセッサCPU1〜CPUnにおいて、交信用メモリに対してデータ書き込みを行うプロセッサは、上記データ有効状態の場合は、データ書き込みを行うことができず処理待ち状態になり、上記データ無効状態の場合は、データ書き込みを行うことができ、データ書き込みを行うと交信用メモリの各ワードはデータ有効状態となる。
【0026】
次に、交信用メモリからデータの読み出しを行うプロセッサは、上記データ無効状態のワードからデータ読み出しを行うことができず処理待ち状態になり、上記データ有効状態のワードからはデータ読み出しを行うことができ、データ読み出しを行うと該読み出された交信用メモリのワードはデータ無効状態となる。このように、各プロセッサCPU1〜CPUnは、同期モードに切り替わると、同期フラグFによって正常に並列プログラムを実行し、ループの1回分等の一定のプログラムを実行した後、上記第1の実施の形態で示した方法で無同期モードに切り替わる。
【0027】
上記のように、本第2の実施の形態におけるマルチプロセッサシステム装置は、第1の実施の形態におけるマルチプロセッサシステム装置に対して、更に交信用メモリCOMMA1〜COMMAnに格納されたデータの各ワードごとに同期フラグを設け、該同期フラグに応じてデータの読み出し及び書き込みを行うようにした。このことから、上記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、複数のプロセッサが連続してキャッシュミスを起こして頻繁に同期モードに切り替わり、その都度すべてのプロセッサCPU1〜CPUnの同期を取ることによる性能低下を防止することができる。
【0028】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明のマルチプロセッサシステム装置によれば、無同期モード時に、例えばキャッシュミスが発生すると各プロセッサから所定の信号を出力するようにして、各プロセッサにおけるキャッシュミス発生の検出を行い、少なくとも1つのプロセッサでキャッシュミス発生を検出すると、各プロセッサの動作モードを画一的に無同期モードから同期モードに切り替えるようにした。このことから、無同期モード時にキャッシュミスが発生した際は、各プロセッサを同期モードで動作させることができるため、一般的なメモリ構成で無同期実行を行うことができる。
【0029】
また、各プロセッサが実行する命令に、例えば同一時期に各プロセッサが実行することをコンパイラによってスケジュールされた命令に対して有効となるようにタグを付加し、同期モード時に各プロセッサから同一のタグがそれぞれ出力されると、各プロセッサを同期モードから無同期モードに切り替えるようにした。このことから、例え実行しなくても生じてしまう同期命令によるパイプラインのバブルを避けることができる。
【0030】
また、各プロセッサは、同期検出用信号線に出力したタグと同一のデータが該同期検出用信号線から入力されるまで新たな命令の実行を停止するようにしたことから、同期モードにおける各プロセッサの同期を取ることができ、各プロセッサを同期モードから無同期モードに切り替え、無同期実行を行わせることができる。
【0031】
更に、各交信用メモリ部に、所定の単位データごとにフラグをそれぞれ設け、各プロセッサは該各フラグに応じて所望の交信用メモリ部に対してデータの読み出し及び書き込みを行うようにした。このことから、複数のプロセッサが連続してキャッシュミスを起こす等して頻繁に動作モードの切り替えが起き、これに伴う損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるマルチプロセッサシステム装置の例を示した概略のブロック図である。
【図2】図1のマルチプロセッサシステム装置におけるキャッシュミス検出用信号線5の例を示した概略図である。
【図3】同期用のタグの例を示した図である。
【図4】図1のマルチプロセッサシステム装置における同期検出用信号線6の例を示した概略図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態におけるマルチプロセッサシステム装置の例を示した概略のブロック図である。
【図6】同期フラグFの状態遷移例を示した図である。
【図7】従来のマルチプロセッサシステム装置の例を示した概略のブロック図である。
【符号の説明】
1,1A マルチプロセッサシステム装置
2 動作モード切替制御部
3 データ交信用バス
5 キャッシュミス検出用信号線
6 同期検出用信号線
7 制御信号線
CPU1〜CPUn プロセッサ
LOCAL1〜LOCALn ローカルメモリ
CACHE1〜CACHEn キャッシュメモリ
COMM1〜COMMn,COMMA1〜COMMAn 交信用メモリ
Claims (6)
- 複数のプロセッサが対応する交信用メモリ部を介してデータバス等からなるデータ交換部によって接続されてなるマルチプロセッサシステム装置において、
無同期実行を行う無同期モードと同期実行を行う同期モードを有する複数のプロセッサと、
該各プロセッサに対応して設けられた各メモリ部と、
上記各プロセッサと対応するメモリ部との間に設けられた各キャッシュメモリ部と、
無同期モード時に上記各プロセッサにおけるキャッシュミス発生の検出を行い、少なくとも1つのプロセッサでキャッシュミス発生を検出すると、上記各プロセッサに対して、画一的に無同期モードから同期モードに動作モードの切り替えを行わせる動作モード切替制御部と、
を備えることを特徴とするマルチプロセッサシステム装置。 - 上記各プロセッサは、無同期モード時にキャッシュミスが発生すると所定の信号を出力し、上記動作モード切替制御部は、各プロセッサの少なくとも1つから該所定の信号が出力されると、該各プロセッサに対して、画一的に無同期モードから同期モードに動作モードの切り替えを行わせることを特徴とする請求項1記載のマルチプロセッサシステム装置。
- 上記各プロセッサは、実行するための各命令ごとにあらかじめ対応して付加された少なくとも1ビットのデータからなるタグを上記動作モード切替制御部にそれぞれ出力し、動作モード切替制御部は、同期モード時の各プロセッサから出力された上記タグが一致すると、該各プロセッサに対して画一的に同期モードから無同期モードに動作モードの切り替えを行わせることを特徴とする請求項1又は2記載のマルチプロセッサシステム装置。
- 上記タグは、同一時期に各プロセッサが実行することをコンパイラによってスケジュールされた命令に対して有効となるように付加されることを特徴とする請求項3記載のマルチプロセッサシステム装置。
- 上記各プロセッサは、タグのビット数に対応した信号線で構成された同一の同期検出用信号線を介して、上記動作モード切替制御部にタグをそれぞれ出力すると共に、出力したタグと同一のデータが該同期検出用信号線から入力されるまで新たな命令の実行を停止することを特徴とする請求項3又は4記載のマルチプロセッサシステム装置。
- 上記各交信用メモリ部は、所定の単位データごとにフラグを設け、データが書き込まれると該フラグをデータ有効状態にすると共に、書き込まれたデータが読み出されると該フラグをデータ無効状態にし、上記各プロセッサは、同期モード時に所望の交信用メモリ部に対して、上記フラグがデータ有効状態のときのみデータ読み出しを行い、上記フラグがデータ無効状態のときのみデータ書き込みを行うことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載のマルチプロセッサシステム装置。
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