Transport triggered architecture

Transport triggered architecture (TTA) — вариант архитектуры микропроцессоров, в которой программы непосредственно управляют внутренними соединениями (шинами) между блоками процессора (например, АЛУ, Регистровый файл). Вычисления являются побочным эффектом передачи данных между блоками: запись данных на входной порт (triggering port) функционального устройства приводит к началу их обработки данным устройством. Благодаря модульной структуре, TTA-архитектура подходит для проектирования проблемно-ориентированных процессоров (ASIP), при этом TTA-процессоры получаются универсальнее и дешевле чем аппаратные ускорители для фиксированных функций.

Обычно TTA-процессор имеет несколько транспортных шин и множество функциональных устройств (ФУ), подключенных к этим шинам. Обилие ФУ позволяет достичь параллелизма на уровне инструкций. Параллелизм статически определяется программистом. В этом отношении, а также из-за большой длины машинной инструкции, TTA-архитектуры напоминают Very Long Instruction Word (VLIW) архитектуры. Инструкция для TTA состоит из нескольких слотов, по слоту на каждую шину. Каждый слот определяет, как данные будут передаваться по данной шине. Столь полный контроль позволяет производить некоторые оптимизации, невозможные для классических архитектур. Например, возможна явная пересылка данных между разными ФУ без сохранения промежуточных данных в регистровом файле.

Процессоры с архитектурами класса TTA были доступны в продаже.

Структура

Процессоры с архитектурой класса TTA состоят из нескольких независимых функциональных устройств и регистровых файлов, которые соединены транспортными шинами и сокетами.

Функциональное устройство

Каждое функциональное устройство выполняет одну или более операцию. Возможна реализация как простейших арифметических операций (целочисленное сложение) так и сложных произвольных операций, специфичных для целевого приложения. Операнды передаются в ФУ через порты ФУ. Результат операции передается через выходной порт ФУ.

В каждом ФУ может быть реализован независимый вычислительный конвейер.

Доступ к памяти и взаимодействие с внешними устройствами обрабатывается специальными ФУ. ФУ для доступа к памяти часто называют load/store unit.

Управляющее устройство

Управляющее устройство контролирует процесс исполнения программ. У него имеется доступ к памяти инструкций для получения следующих машинных команд. Также реализует команды перехода (jump). Обычно управляющее устройство конвейеризовано и выделены стадии: загрузки, декодирования, исполнения инструкций.

Регистровые файлы

Регистровые файлы (РФ) содержат массивы регистров общего назначения, в которых хранятся переменные программы. Подобно ФУ, РФ имеют входные и выходные порты. Количество входных и выходных портов (количество одновременно читаемых РОН из массива) может быть различным для разных РФ.

Программирование

Пример операции сложения для гипотетического ТТА-процессора:

r1 -> ALU.operand1

r2 -> ALU.add.trigger

ALU.result -> r3

Задержки операций

Один из основных принципов ТТА — упростить аппаратное обеспечение, усложнив программное.

Реализации

• MAXQ (Dallas Semiconductor). Является OISC «one instruction set computer», то есть имеет лишь одну инструкцию MOVE.
• [ce.et.tudelft.nl/MOVE/ «MOVE project»]
• [tce.cs.tut.fi/ TCE project]. Используется компилятор LLVM.
• Процессор [sites.google.com/site/macthenaief/Home/retro/able Able] (New England Digital), использовался в системе синтеза музыки Synclavier (Depeche Mode, A-Ha, Duran Duran, Sting)
• [www.drdobbs.com/embedded-systems/221800122 Dr. Dobb’s «One-Der»] 32-разрядный TTA с исходниками на Verilog, ассемблером и компилятором языка Forth.

См. также

• Application-specific instruction-set processor (ASIP)
• Very long instruction word (VLIW)
• Explicitly parallel instruction computing (EPIC)
• Dataflow architecture

Ссылки

• [ce-serv.et.tudelft.nl/MOVE/ MOVE project: Automatic Synthesis of Application Specific Processors]
  • [ce-serv.et.tudelft.nl/MOVE/section3.3.html Advantages of transport-triggered architectures]
• [www.ics.ele.tue.nl/~heco/documents/TTAbook/TTAbook.html Microprocessor Architectures from VLIW to TTA]
• [tce.cs.tut.fi TTA Codesign Environment, an open source (MIT licensed) toolset for design of application specific TTA processors.]
• [web.archive.org/web/20071013182106/byte.com/art/9502/sec13/art1.htm BYTE overview article]
• [www.ddj.com/embedded/221800122?pgno=1 Dr. Dobb’s article with 32-bit FPGA CPU in Verilog]
• [www.one-der-cpu.info/ Web site with more details on the Dr. Dobb’s CPU]
• [blog.llvm.org/2010/06/tce-project-co-design-of-application.html Article] about TTAs, explaining how the TTA-based Codesign Environment project uses LLVM
• [www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/3222 Introduction to the MAXQ Architecture] — Includes transfer map diagram
• hosting.ulstu.ru/umk/umk/ap/lections/transputers/microprocessor%20architectures/diff/tta/tta.htm  (рус.)
• Андрей Зубинский, [ko.com.ua/odnoj_komandoj_i_voobshhe_bez_komand_40756 "Одной командой и вообще без команд"], 11 февраля 2009 г. // KO

Отрывок, характеризующий Transport triggered architecture

– Так ты рада, и я хорошо сделал?
– Ах, так хорошо! Я недавно с мамашей поссорилась за это. Мама сказала, что она тебя ловит. Как это можно говорить? Я с мама чуть не побранилась. И никому никогда не позволю ничего дурного про нее сказать и подумать, потому что в ней одно хорошее.
– Так хорошо? – сказал Николай, еще раз высматривая выражение лица сестры, чтобы узнать, правда ли это, и, скрыпя сапогами, он соскочил с отвода и побежал к своим саням. Всё тот же счастливый, улыбающийся черкес, с усиками и блестящими глазами, смотревший из под собольего капора, сидел там, и этот черкес был Соня, и эта Соня была наверное его будущая, счастливая и любящая жена.
Приехав домой и рассказав матери о том, как они провели время у Мелюковых, барышни ушли к себе. Раздевшись, но не стирая пробочных усов, они долго сидели, разговаривая о своем счастьи. Они говорили о том, как они будут жить замужем, как их мужья будут дружны и как они будут счастливы.
На Наташином столе стояли еще с вечера приготовленные Дуняшей зеркала. – Только когда всё это будет? Я боюсь, что никогда… Это было бы слишком хорошо! – сказала Наташа вставая и подходя к зеркалам.
– Садись, Наташа, может быть ты увидишь его, – сказала Соня. Наташа зажгла свечи и села. – Какого то с усами вижу, – сказала Наташа, видевшая свое лицо.
– Не надо смеяться, барышня, – сказала Дуняша.
Наташа нашла с помощью Сони и горничной положение зеркалу; лицо ее приняло серьезное выражение, и она замолкла. Долго она сидела, глядя на ряд уходящих свечей в зеркалах, предполагая (соображаясь с слышанными рассказами) то, что она увидит гроб, то, что увидит его, князя Андрея, в этом последнем, сливающемся, смутном квадрате. Но как ни готова она была принять малейшее пятно за образ человека или гроба, она ничего не видала. Она часто стала мигать и отошла от зеркала.
– Отчего другие видят, а я ничего не вижу? – сказала она. – Ну садись ты, Соня; нынче непременно тебе надо, – сказала она. – Только за меня… Мне так страшно нынче!
Соня села за зеркало, устроила положение, и стала смотреть.
– Вот Софья Александровна непременно увидят, – шопотом сказала Дуняша; – а вы всё смеетесь.
Соня слышала эти слова, и слышала, как Наташа шопотом сказала:
– И я знаю, что она увидит; она и прошлого года видела.
Минуты три все молчали. «Непременно!» прошептала Наташа и не докончила… Вдруг Соня отсторонила то зеркало, которое она держала, и закрыла глаза рукой.
– Ах, Наташа! – сказала она.
– Видела? Видела? Что видела? – вскрикнула Наташа, поддерживая зеркало.
Соня ничего не видала, она только что хотела замигать глазами и встать, когда услыхала голос Наташи, сказавшей «непременно»… Ей не хотелось обмануть ни Дуняшу, ни Наташу, и тяжело было сидеть. Она сама не знала, как и вследствие чего у нее вырвался крик, когда она закрыла глаза рукою.
– Его видела? – спросила Наташа, хватая ее за руку.
– Да. Постой… я… видела его, – невольно сказала Соня, еще не зная, кого разумела Наташа под словом его: его – Николая или его – Андрея.
«Но отчего же мне не сказать, что я видела? Ведь видят же другие! И кто же может уличить меня в том, что я видела или не видала?» мелькнуло в голове Сони.
– Да, я его видела, – сказала она.
– Как же? Как же? Стоит или лежит?
– Нет, я видела… То ничего не было, вдруг вижу, что он лежит.
– Андрей лежит? Он болен? – испуганно остановившимися глазами глядя на подругу, спрашивала Наташа.
– Нет, напротив, – напротив, веселое лицо, и он обернулся ко мне, – и в ту минуту как она говорила, ей самой казалось, что она видела то, что говорила.
– Ну а потом, Соня?…
– Тут я не рассмотрела, что то синее и красное…
– Соня! когда он вернется? Когда я увижу его! Боже мой, как я боюсь за него и за себя, и за всё мне страшно… – заговорила Наташа, и не отвечая ни слова на утешения Сони, легла в постель и долго после того, как потушили свечу, с открытыми глазами, неподвижно лежала на постели и смотрела на морозный, лунный свет сквозь замерзшие окна.


Вскоре после святок Николай объявил матери о своей любви к Соне и о твердом решении жениться на ней. Графиня, давно замечавшая то, что происходило между Соней и Николаем, и ожидавшая этого объяснения, молча выслушала его слова и сказала сыну, что он может жениться на ком хочет; но что ни она, ни отец не дадут ему благословения на такой брак. В первый раз Николай почувствовал, что мать недовольна им, что несмотря на всю свою любовь к нему, она не уступит ему. Она, холодно и не глядя на сына, послала за мужем; и, когда он пришел, графиня хотела коротко и холодно в присутствии Николая сообщить ему в чем дело, но не выдержала: заплакала слезами досады и вышла из комнаты. Старый граф стал нерешительно усовещивать Николая и просить его отказаться от своего намерения. Николай отвечал, что он не может изменить своему слову, и отец, вздохнув и очевидно смущенный, весьма скоро перервал свою речь и пошел к графине. При всех столкновениях с сыном, графа не оставляло сознание своей виноватости перед ним за расстройство дел, и потому он не мог сердиться на сына за отказ жениться на богатой невесте и за выбор бесприданной Сони, – он только при этом случае живее вспоминал то, что, ежели бы дела не были расстроены, нельзя было для Николая желать лучшей жены, чем Соня; и что виновен в расстройстве дел только один он с своим Митенькой и с своими непреодолимыми привычками.