数据处理系统的引擎装置以及相应的数据处理系统和方法制造方法及图纸

一种用于数据处理系统的单元式引擎，所述引擎包括：具有ｎ个单元的数据装置，所述ｎ个单元中的每一个都能够存储ｍ位；包含ｐ个矢量的矢量存储器，所述ｐ个矢量中的每一个都具有ｎ×ｍ位的存储容量；控制互连网络，其依据所述ｎ个单元 中的每一个的局部状态来对所述ｎ个单元中的每一个进行分类；指令寄存器，用于接收从控制器发出的指令；时钟装置，用于每秒输出由预定数目的时钟周期组成的同步时钟信号，所述时钟装置向所述数据装置和所述矢量存储器输出所述同步时钟信号；并 且其中所述引擎在其中一个所述时钟周期内，同时地向所有所述ｎ个单元全局地传递所述指令，全部在一个所述时钟周期内，由所述数据装置内所选定的各单元，依照通过所述控制互连网络进行的所述ｎ个单元中每一个的所述分类，并行执行所述指令。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及一种用于数据处理系统的引擎，并且具体涉及一种用于数据处理系统的单元式引擎(cellular engine)，所述数据处理系统实现主动式相联存储器或相联引擎，以提高数据处理速度和效率。
技术介绍
自动化或半自动化数据处理系统在多种应用中都是集成组件。通常，数据管理系统被嵌入到大型的计算机化设备或系统内，并且诸如通过执行必要的算术操作数、数据变换等等对那些运行在大型计算机化系统中的应用提供辅助和便利。正如已知的那样，可以将基本的数据处理系统分类为单指令、单数据流(SISD)装置，并且典型地以它们最简单的表达形式来使用处理器、接口和存储器装置。所述处理器响应用户或整个系统的另一个组件所输入的指令来执行有指导的任务(directed task)。在执行其指定的任务过程中，所述处理器依赖接口向存储器传递诸如数据请求之类的命令，以及通过该接口接收存储在存储器装置内的指定数据。已知数据处理系统大都使用常规编址的存储器装置。也就是说，已知的数据系统使用了在其中包含已定义的本地语系(locale)的存储器装置，每一个本地语系都具有其自己的特殊地址。按这种方式，要是处理器希望将存储在地址A上数值加上存储在地址B上的数值，该存储器装置就会前转到存储器内的特定的已编址位置或单元，并且经由接口将这些数值传递给发生适当求和的处理器。在这类系统中，集成组件的特性和功能，也就是处理器和存储器装置的特性和功能都是意义明确的而且是互不相同的。图1描绘出了这类已知的数据处理系统，在其中处理器2响应经由输入线4输入的任务来进行操作。尔后，利用接口6向存储器装置8传递诸如数据请求之类的指令，以及借此来接收存储在存储器装置8内的指定数据。同时，还已知的是数据处理系统可以包含一个以上的处理器和存储器，并且进一步讲，所述这些多个组件都可以是执行多指令流的系统的一部分。可以把这些多指令流多数据流(MIMD)装置视作为紧耦合SISD装置的大型集合，在其中系统中的每一个处理器虽然是与其它集成处理器整体协同工作的，但是负责较大任务的指定部分。也就是说，MIMD装置的效能通常受限于那些特定的场合(arenas)，在这里，待解决的问题适于被分解成多个相似的又相对独立的子问题。MIMD装置的那些集成组件的特性和功能同样也是意义明确的而且互不相同。另一种已知的数据处理系统包含单指令流多数据流(SIMD)装置。这些SIMD装置使用了任意数量的处理器，全部以彼此同步的方式来执行相同程序，但是每个处理器都将当前指令所指定的操作符作用于不同的操作数并由此产生其自己的结果。SIMD装置中的处理器访问集成存储器以获取操作数并存储结果。同样，SIMD装置的那些集成组件的特性和功能都是意义明确的并且互不相同，因为计算是由必须具备对存储器的某种类型的访问以完成其作业的处理器来执行的。尽管已知的数据处理系统因此能够处理大量的数据，但是处理器和存储器装置的已定义的且不变的特性限制了可以完成各种操作的速度和效率。此外，还已经构造出了使用非常规编址的其他类存储器的各种不同的结构。通常，将这些存储器称为“相联(associative)”存储器，并且正如所表明的那样，这些存储器不是按各数据位在存储器内的位置来对这些数据位进行编目录(catalog)。相反，相联存储器按其中所存储的信息的特性或固有性质来对它们的数据位进行“编址”。也就是说，相联存储器内的数据不是通过它们位置的名称来标识的，而是根据存储在存储器的每个特定单元中的数据的属性来标识的。在大多数相联存储器装置中，对全部所存储数据附加固定尺寸的关键字字段。然后，可以利用搜索关键字从相联存储器装置中选择其所附加的关键字字段与该搜索关键字相匹配的一个特定数据字段或多个数据字段，而不管其命名的位置为何，以供根据指定的指令来进行后续的处理。因此，尽管相联存储器的实施方式是已知的，但是这些装置总是被用作为已知的数据处理系统内部的专用块或组件，所述已知的数据处理系统采用了标准的处理器、接口以及常规编址的存储器。也就是说，尽管已知的相联存储器不采用常规的编址协议，但是它们自身并不能不依赖已知的处理器和外部存储器而以与已知的SISD、SIMD和MIMD结构相一致的方式来处理信息。鉴于上述问题和考虑，因此本专利技术试图通过使用主动相联存储器来提供一种克服上述缺陷的用于数据处理系统的引擎，所述主动相联存储器使用可变尺寸关键字，通过有选择地既充当处理器又充当存储器，其各单元在进行它们的作业时不必访问独立的存储块，因此实质上缩短了处理、计算和通信时间。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种有效的数据处理系统。本专利技术的另一个重要方面是，提供一种用于数据处理系统的单元式引擎，其按照提高数据处理速度和效率的方式实现主动相联存储器或相联引擎装置。本专利技术的另一个重要方面是，提供一种用于数据处理系统的单元式引擎，其实现主动相联存储器或相联引擎装置，通过有选择地既充当处理器又充当存储器，主动，所述主动相联存储器或相联引擎装置的各单元不必访问独立的存储块以便完成它们的作业。本专利技术的另一个重要方面是，提供一种用于数据处理系统的单元式引擎，其实现主动相联存储器或相联引擎，所述主动相联存储器或相联引擎的各个单元能够根据由全局传播的指令或查询而设置的它们各自状态来有选择地处理给定指令。本专利技术的另一个重要方面是，提供一种用于数据处理系统的单元式引擎，其实现主动相联存储器或相联引擎，所述主动相联存储器或相联引擎的各个单元，能够都在单个时钟周期之内根据它们各自的状态，有选择地并行处理指定指令。本专利技术的另一个重要方面是，提供一种用于数据处理系统的单元式引擎，其实现允许使用可变长度关键字字段的主动存储器装置或单元式引擎。本专利技术的另一个重要方面是，提供一种用于数据处理系统的单元式引擎，其实现主动存储器或单元式引擎，所述主动存储器或单元式引擎是同构的，由此在执行程序期间，允许在不同的时间把存储在存储器中的完全相同的信息块作为关键字字段或数据字段(的一部分)。本专利技术的另一个目的是，提供一种用于有效的数据处理系统的单元式引擎，其使得在主动相联存储器内可进行搜索空间的动态限定(dynamic limitation)。本专利技术的另一个目的是，提供一种用于有效的数据处理系统的单元式引擎，其提供了对单元阵列任一端的有选择的可访问性。本专利技术的另一个目的是，提供用于有效的数据处理系统的引擎，其能够调节相联存储器内的两个或多个单元之间的数据传输。根据本专利技术的一个实施例，一种数据处理系统包括含有n个单元的相联存储器，n个单元中的每一个都包含一处理电路。利用控制器来向相联存储器发出多条指令中的一条，而利用时钟装置每秒输出由预定数目的时钟周期组成的同步时钟信号。所述时钟装置向相联存储器输出同步时钟信号，并且所述控制器在其中一个时钟周期内同时地将多条指令中的一条全局地传递给所有n个单元。通过整体考虑说明书、权利要求和附图，本专利技术的这些及其它目的以及它们的优选实施例会变得清晰明了。附图说明图1是举例说明已知的SISD数据处理结构的框图。图2是示出根据本专利技术的一个实施例的、数据处理系统的一般配置的框图，所述数据处理系统包括存储器引擎和同步时钟元件。图3是示出图2中所示的存储器引擎的更详细的框图。图4是示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于数据处理系统的单元式引擎，所述引擎包括具有n个单元的数据装置，所述n个单元中的每一个都能够存储m位；包含p个矢量的矢量存储器，所述p个矢量中的每一个都具有n×m位的存储容量；控制互连网络，其依据所述n个单元中的每一个的局部状态来对所述n个单元中的每一个进行分类；指令寄存器，用于接收从控制器发出的指令；时钟装置，用于每秒输出由预定数目的时钟周期组成的同步时钟信号，所述时钟装置向所述数据装置和所述矢量存储器输出所述同步时钟信号；并且其中所述引擎在其中一个所述时钟周期内，同时地向所有所述n个单元全局地传递所述指令，全部在一个所述时钟周期内，由所述数据装置内所选定的各单元，依照通过所述控制互连网络进行的所述n个单元中每一个的所述分类，并行执行所述指令。2.根据权利要求1所述的用于数据处理系统的单元式引擎，其中所述指令是由所述数据装置内的所有所述n个单元并行执行的。3.根据权利要求1所述的用于数据处理系统的单元式引擎，进一步包括数据互连网络，其将每个单元分别连接到它的右侧相邻单元和左侧相邻单元。4.根据权利要求1所述的用于数据处理系统的单元式引擎，其中所述控制互连网络依据所述n个单元中的每一个的局部状态和所有所述n个单元的全局状态来对所述n个单元中的每一个进行分类。5.根据权利要求4所述的用于数据处理系统的单元式引擎，其中所述n个单元中的每一个都包括状态字段和数据字段，所述状态字段包括用于对所述n个单元中每一个的局部状态进行编码的标记位；并且其中所述标记位处于已标记状态和未标记状态中的一个状态。6.根据权利要求5所述的用于数据处理系统的单元式引擎，其中所述状态字段是利用相联机制加以修改的，所述相联机制是通过属于特定指令子集的所述指令的执行来实现的。7.根据权利要求6所述的用于数据处理系统的单元式引擎，其中所述数据字段是通过依照由所述控制互连网络进行的所述n个单元中每一个的分类来执行所述n个单元中的逻辑和算术指令来修改的。8.根据权利要求3所述的用于数据处理系统的单元式引擎，其中所述数据互连网络和所述控制互连网络两者都是可扩展的。9.根据权利要求1所述的用于数据处理系统的单元式引擎，其中所述数据装置是相联存储器装置。10.根据权利要求9所述的用于数据处理系统的单元式引擎，其中所述相联存储器装置中的所述n个单元中的每一个包括处理电路。11.一种用于数据处理系统的引擎，所述引擎包括包含n个单元的存储器装置；控制器，用于有选择地向所述存储器装置发出指令；单元分类装置，其与所述n个单元中的每一个的局部状态相关联地进行操作；时钟装置，用于每秒输出由预定数目的时钟周期组成的同步时钟信号，所述时钟装置向所述存储器装置和所述控制器输出所述同步时钟信号；并且其中所述引擎在一个所述时钟周期内全局地向所有n个单元同时传递所述指令；并且其中，由所述存储器内的所选定的各单元依据由所述单元分类装置指向的所述n个单元的所述局部状态来执行所述指令，所述指令的所述执行是在一个所述时钟周期内、在所述所选定的各单元中的每一个单元中同时发生的。12.根据权利要求11所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述指令是由所述存储器装置内的所有所述n个单元执行的。13.根据权利要求11所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述存储器装置不是常规编址的。14.根据权利要求11所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述存储器装置是相联存储器装置。15.根据权利要求11所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述n个单元中的每一个都包括处理电路。16.根据权利要求15所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述处理电路具有累加器。17.根据权利要求11所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述n个单元中的每一个都包括具有标记位的字段；并且所述局部状态反映所述标记位的已标记状态和未标记状态中的一个状态。18.根据权利要求11所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述单元分类装置与所述n个单元的全局状态相关联地进行操作；并且其中，所述指令是由所述存储器装置内的所选定的各单元，依据由所述单元分类装置指向的所述n个单元的所述局部状态和所述全局状态来执行的，所述指令的所述执行是在一个所述时钟周期内、在所述所选定的各单元中的每一个单元中同时发生的。19.根据权利要求18所述的用于数据处理系统的引擎，其中由所述分类装置使用的所述全局状态是通过所有所述n个单元的所述局部状态加以确定的。20.根据权利要求17所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述指令只在具有设置为所述已标记状态的所述标记位的那些n个单元内加以执行。21.根据权利要求11所述的用于数据处理系统的引擎，其中所述n个单元中的每一个都包括具有多个标记位的字段。22.一种数据处理系统，所述数据处理系统包括包含n个单元的相联存储器装置，所述n个单元中的每一个都包括处理电路和m位的存储容量；控制器，用于向所述相联存储器发出多条指令中的一条；时钟装置，用于每秒输出由预定数目的时钟周期组成的同步时钟信号，所述时钟装置向所述相联存储器装置和所述控制器输出所述同步时钟信号；并且其中所述控制器在一个所述时钟周期内、全局地向所有所述n个单元同时传递所述多条指令中的一条。23.根据权利要求22所述的数据处理系统，进一步包括分类装置，用于有选择地与所述n个单元中的每一个的局部状态相关联地进行操作；并且其中所述多条指令中的一条由所述相联存储器装置内的所选定的各单元，依据由所述分类装置指向的所述n个单元的所述局部状态来执行，所述指令的所述执行在一个所述时钟周期内、在所述所选定的各单元中的每一个单元中同时发生。24.根据权利要求23所述的数据处理系统，其中所述n个单元中的每一个都包括状态字段和数据字段，所述状态字段包括用于对所述n个单元中的每一个的局部状态进行编码的标记位，由此指示所述n个单元中每一个的已标记状态和未标记状态中的一个状态。25.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“load lineimmediate”命令，借此用所述“load line immediate”命令所指示的数据来代替处于所述已标记状态的所有所述n个单元的内容。26.根据权利要求25所述的数据处理系统，进一步包括包含p个矢量的矢量存储器，所述p个矢量中的每一个包含n个元素，所述n个元素中的每一个都具有m位；并且由所述“load line immediate”命令指示的所述数据对应于所述p个矢量中的一个。27.根据权利要求24所述的数据处理系统，进一步包括由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“store lineimmediate”命令，借此将处于所述已标记状态的所有所述n个单元的内容保存到所述“store line immediate”命令所指示的存储器矢量中。28.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“left limit”命令，借此将搜索空间的左界限设置为处于所述已标记状态下的所述n个单元的最左侧单元。29.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“right limit”命令，借此将搜索空间的右界限设置为处于所述已标记状态下的所述n个单元的最左侧单元。30.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中所述控制器可以在所述n个单元内动态地限定搜索空间。31.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“find”命令，借此来标识保持有等于所述“find”命令所指示的变量的数值的所述n个单元中的每一个；并且其中，所述“find”命令在位于所述已标识的n个单元右侧的所述n个单元中的每一个中，将所述标记位设置为所述已标记状态，而在所有其它的所述n个单元中将所述标记位设置为所述未标记状态。32.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“match”命令，借此来标识所述n个单元中的每一个，所述n个单元中的每一个具有处于所述已标记状态下的标记位、并具有与所述“match”命令所指示的变量相匹配的所述数据字段；并且其中所述“match”命令在紧接所述已标识的n个单元后面的所述n个单元中的每一个中，将所述标记位设置为所述已标记状态，而在所有其它的所述n个单元中将所述标记位设置为所述未标记状态。33.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“find and markleft”命令，借此来标识保持有等于由所述“find and mark left”命令所指示的变量的数值的所述n个单元中的每一个；并且其中所述“find”命令在位于所述已标识的n个单元左侧的所述n个单元中的每一个中，将所述标记位设置为所述已标记状态，而在所有其它的所述n个单元中将所述标记位设置为所述未标记状态。34.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“match and markleft”命令，借此来标识所述n个单元中的每一个，所述n个单元中的每一个具有处于所述已标记状态下的标记位、并具有与所述“match”命令所指示的变量相匹配的所述数据字段；并且其中所述“match”命令在位于所述已标识的n个单元左侧的所述n个单元中的每一个中，将所述标记位设置为所述已标记状态。35.根据权利要求28所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“markall”命令，借此将所述搜索空间内的所述n个单元中的每一个的所述标记位设置为所述已标记状态。36.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“addmark”命令，借此将包含等于由所述“addmark”命令所指示的变量的数值的所述n个单元中的每一个的所述标记位设置为所述已标记状态；并且所述“addmark”命令不影响任何其它的所述n个单元的所述标记位。37.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“mark”命令，借此将包含等于由所述“mark”命令所指示的变量的数值的所述n个单元中的每一个的所述标记位设置为所述已标记状态；并且所述“mark”命令在不包含等于由所述“mark”命令所指示的变量的数值的所述n个单元中的每一个中，将所述标记位设置为所述未标记状态。38.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“clr”命令，借此将包含等于由所述“clr”命令所指示的变量的数值的所述n个单元中的每一个的所述标记位设置为所述未标记状态。39.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“clear first”命令，借此将所述最左侧的具有设置成所述已标记状态的所述标记位的所述n个单元设置为所述未标记状态。40.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“trace”命令，借此在所述相联存储器中向左侧复制所有所述n个单元的所述标记位。41.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“keepl”命令，借此，将除了处于所述已标记状态下的所述n个单元的最右侧之外的所有所述n个单元的所述标记位设置为所述未标记状态。42.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“clrl”命令，借此将处于所述已标记状态下的所述n个单元的最右侧的所述标记位设置为所述未标记状态。43.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“left”命令，借此将所述n个单元的所有所述标记位向左移一个单元。44.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“right”命令，借此将所述n个单元的所有所述标记位向右移一个单元。45.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“cright”命令，借此将处于所述已标记状态下的所述n个单元的所有所述标记位向右移一个单元至右侧下一个单元，除非所述右侧下一个单元包含等于所述“cright”命令所指示的变量的数值；并且当所述右侧下一个单元包含等于由所述“cright”命令所指示的变量的数值时，所述“cright”命令用预定值来代替所述右侧下一个单元的所述数据字段。46.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“cleft”命令，借此将处于所述已标记状态下的所述n个单元的所有所述标记位向左移一个单元至左侧下一个单元，除非所述左侧下一个单元包含等于由所述“cleft”命令所指示的变量的数值；并且当所述左侧下一个单元包含等于由所述“cleft”命令所指示的变量的数值时，所述“cleft”命令用预定值来代替所述左侧下一个单元的所述数据字段。47.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“nop”命令，借此不执行任何操作。48.根据权利要求24所述的数据处理系统，其中由所述控制器发出的所述多条指令中的一条是“reset”命令，借此给所述n个单元的所述数据字段赋值为由所述“reset”命令所指示的数值。49.根据权利要求24所述的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：格奥尔基·斯特芬，戴恩·托梅斯库，
申请(专利权)人：亮标公司，
类型：发明
国别省市：