hardware)和紋理處理集群(TPC)以進行處理。該行為實際上將主機進程中斷為分別通過單獨的TPC處理的多個分段。TPC輸出導致與線程處理器按特定路線發(fā)送到相關聯(lián)的幀緩沖存儲器的隔離的子進程相關聯(lián)的排序的像素值塊。以該方式，像素值塊以人類可讀的格式與視頻顯示器對齊。光柵操作處理器(ROP)對幀緩沖像素值進行最后的修整。從存儲器的角度，該設備中的指令存儲器被確定為根據該設備的設計，并駐留在線程發(fā)射、TPC和ROP硬件的內部。數(shù)據從主機傳遞，并儲存在FB存儲器中。在該配置中，其中數(shù)據和指令存儲器分離的是改性的哈佛架構。
[0037]可以應用圖10中示出的異質系統(tǒng)類型來解決一般的計算問題。CPU/GPGPU應用程序計算的基本過程與圖形卡相同，附加了到CPU和存儲器的雙向總線。
[0038]圖11示出了 TPC模塊和GPGPU的基本過程流程。示出了兩種類型的處理單元，sp36和tp 37。流處理單元(sp)和特殊功能單元(SPU) 38處理數(shù)學。紋理處理單元(tp)處理紋理。所有的sp單元對單個周期都執(zhí)行相同的功能，用作處理多個值的單個處理器。tp單元可以說是一樣的。互聯(lián)網絡39從主機和輸入組裝器經由線程處理器按特定路線發(fā)送數(shù)據信息請求。TPC過程引擎生成它們的地址空間，互聯(lián)網絡進行TPC地址空間與單獨的ROP和共享的存儲器之間一對一的映射。ROP和共享的存儲器(L2) —起稱為共享的并行存儲器。當用作通用計算機時，幀緩沖器40稱為全局存儲器，并通過經由永久連接的共享存儲器傳輸順序網格進行通信。存儲器配置仍然是改性的哈佛架構，其中來自主機的數(shù)據通過輸入組裝器處理，并傳遞到TPC以用上述相同的方式進行進一步處理。使用GPU設備來解決一般的計算問題，數(shù)據信息被傳遞到主機以進行存儲或進一步處理。
[0039]網格計算:
[0040]網格計算是指組合來自多個管理域的計算機資源的術語，傳統(tǒng)上每個域都是DID以達到共同目標。網格可以認為是一種具有涉及大量的獨立系統(tǒng)DID的非交互式工作負載的分布系統(tǒng)。它是以相關方式共享計算資源，類似于天然氣網管或電網共享資源以傳遞服務給消費者。
[0041]例如，電的消費者打開電燈，并消費來自電源的電力，該電力看起來是按需出現(xiàn)的，你為你所使用的電力付錢。電燈泡不需要使用系統(tǒng)的全部容量，附接到該相同網格的其他人共享網格資源。在網格計算的情形中，將資源劃分為“前端”和“后端”是有用的。前端類似消費者，他的燈正在使用網格資源，后端類似水壩、發(fā)電廠、傳輸線和提供資源給電燈的控制系統(tǒng)。在計算機術語中，后端網格計算是指包括計算/計算機資源、存儲資源和將信息從資源按特定路線發(fā)送到資源的控制系統(tǒng)的各種計算系統(tǒng)。前端是請求后端服務完成任務、算法或其他請求的資源用戶，PC或MAC。
[0042]計算網格上的每個設備都用單獨的計算資源域表示，通常是DID。有很多這樣的資源域，當前端用戶使用網格計算執(zhí)行應用程序時；組合來自多個系統(tǒng)DID的計算機資源的組合來達到共同目標，并形成單一進程域。該組合可以或不可以同時發(fā)生。該進程域的融合通過請求網格資源的前端用戶和創(chuàng)建請求的后端用戶實現(xiàn)。資源共享并非主要是文件交換，而是根據網格用戶指出解決和資源中介策略的一系列合作問題要求，直接訪問計算機、軟件、數(shù)據和其他資源。該共享規(guī)則定義的一組個人和/或機構形成使用單一進程域DID的、稱為虛擬組織的東西。
[0043]云計算
[0044]參見圖12，示出了通常稱為云計算機的網格計算機的幾個變型。這些計算機在包括但不限于云、志愿者、網絡、效用等是可用的。有私有和公共云、混合云、社區(qū)云等。網格計算的一個問題是安全性。擔憂失去對敏感數(shù)據的控制，如密碼、電郵或文件信息，以及超越前端用戶的管理控制的匿名操作者擁有的遠程存儲內核缺乏安全性對網格計算來說都是冋題。
[0045]集群計算
[0046]集群計算被定義為鏈接通常經由局域網作為單元一起工作，共享計算資源，如公用盤空間、電能和網絡聯(lián)網的兩個或更多的計算機。它與網格計算機類似，但是用集群計算，集群內所有的資源都是專用、緊密耦合和本地連接的。集群計算中有兩種基本的存儲器模型，圖13和14示出的并行和分布式模型。
[0047]參見圖13，并行存儲器模型具有永久附接到處理器的存儲器。執(zhí)行普通任務所需的信息通過處理器通信傳遞。這種類型的集群共享的特征在于，兩個或更多CPU 41共享公用存儲器42。它也稱為公用存儲器架構或共享存儲器架構。該布置與上面描述的多核CPU或GPGPU類似。該布置涉及將若干處理器的總線連接在一起，使得所有的存儲器對共享總線上全部的處理器都是可用的，或僅處理器間通信共享公用總線。共享的存儲器系統(tǒng)通常使用單一的操作系統(tǒng)運行，主處理器對共享存儲器進行分區(qū)，若干從處理器工作在其相應的分區(qū)；或者所有的處理器都運行具有公共的仲裁存儲器和進程表的操作系統(tǒng)的單獨副本。
[0048]圖14示出了分布式集群存儲器配置。若干計算機實體43，每個都運行它們自己的操作系統(tǒng)，聯(lián)網在一起。并行通過父節(jié)點將子進程傳遞給另一聯(lián)網的實體實現(xiàn)，在該另一聯(lián)網的實體中，完成的進程將結果傳遞回父實體。
[0049]分布式和并行集群系統(tǒng)兩者共享物理連接的公共資源。這些共享的資源擴展超越圖13和14中的存儲器模型以共享周邊設備，如盤空間、聯(lián)網資源、電能等。這些資源聯(lián)網在一起形成集群。物理實現(xiàn)為一種或多種網絡拓撲和協(xié)議。這些拓撲包括:點到點、總線、星形、環(huán)形、網狀、樹狀、混合、菊鏈。列出的每種類型的一些變型是集中式、分散式、局域的、廣域的、邏輯的和物理的。當應用到集群技術時，每個系統(tǒng)都使用網絡配置在系統(tǒng)之間發(fā)送信號或發(fā)送信號到公共資源。
[0050]—種這樣的網絡稱為交換式結構(switched fabric)。圖15示出了網狀拓撲并被配置為同步容錯系統(tǒng)的交換式結構網絡。例如，主機44請求來自資源2的服務，取決于主機I如何請求資源，該處理通過交換機45或交換機46執(zhí)行。如果一個交換機故障，那么所有的數(shù)據流量以特定路線通過剩下的交換機。當兩個交換機正常工作時，系統(tǒng)是容錯的，然而，當一個交換機故障后，該系統(tǒng)不再是容錯的，直到故障的交換機修復。
[0051]圖16示出了稱為Clos網絡的另一種網絡。Clos網絡是在集群聯(lián)網中已經看到應用的多級電路交換網絡。該網絡的特征在于，中級縱橫交換機49能夠動態(tài)地將信號按特定路線在主機47和資源48之間發(fā)送。例如，主機I請求來自資源2的服務，取決于主機I如何請求資源，該處理通過交換機I或交換機2執(zhí)行。如果一個縱橫交換機故障，那么所有的數(shù)據流量以特定路線通過剩下的縱橫交換機。當所有的縱橫交換機都正常工作時，系統(tǒng)是容錯的，然而，當一個交換機故障后，該系統(tǒng)不再是容錯的，直到故障的交換機修復。
[0052]除了上述傳統(tǒng)的架構之外，還有更多，相當多的可以列舉。它們都有一個共同點；所有的進程和子進程都由在其范圍是處理器的地址空間的處理器的參考幀定義的一個DID內運行的處理器單元啟動。在一些情況下，父進程可以將子進程傳遞到另一 DID，以進行子處理。子進程的DID是另一獨立的域，它的范圍由運行子進程的處理器單元的地址空間定義。甚至在共享存儲器的計算機架構中，參考幀也由只在地址空間內的數(shù)據和指令上運行的處理器的地址空間定義，并且此構成一個域，數(shù)據和指令域(DID)。
[0053]MM架構具有動態(tài)定義和重新定義數(shù)據和指令信息地址空間的能力。這可以消除馮.諾依曼和哈佛架構之間的區(qū)別，因為這兩個架構都在處理單元方面定義它們的地址空間。MM架構在邏輯上定義地址空間；使得存儲器的物理位置無關，并超越中央處理單元的范圍。而且，在馮?諾依曼和哈佛架構中，處理單元或從處理單元發(fā)出的進程對何時以及如何運行它們的進程進行調度。MM架構使用一個或多個MM處理器以對在DID中運行的從處理器單元(SPU)上的進程進行調度。MM算法對進程的所有請求進行處理和調度。而且，在所有的架構中，信息在沿預定通路的、遵循全部設備所共用的周期信號并定義通信狀態(tài)的組件之間交換。在MM架構中，這些通路由MM處理器確定，周期信號對MM設備是共用的，使得在設備之間同步地交換信息。

【發(fā)明內容】

[0054]根據本發(fā)明的元指導器(MM)架構包括至少兩個參考域。一個域DID處理包括數(shù)據和指令的處理信息，MM域(可替換地，稱為“指導器域”)根據需要動態(tài)定義并重新配置DID的地址空間。此外，MM域包含用于DID的數(shù)據和指令，對DID中的處理器執(zhí)行的進程進行調度，并根據預先存儲在MM緩存中、可由MM處理器訪問的規(guī)則集監(jiān)視DID。如下面更詳細說明地，規(guī)則集建立對DID進程和事件不變的準則和限制，規(guī)則被設計為防止出現(xiàn)故障和受到惡意軟件侵害。
[0055]在此說明書和權利要求中使用的術語的定義:術語“集合”的意思是數(shù)量一個或多個但不包括空集。術語“子集”的意思是集合的一些或全部成員。術語“元信息”是指指導器處理器用于如本文所述進行指導的數(shù)據、算法和規(guī)則集。術語“指導”的意思是在MM域中應用和使用元信息以本文所述的方式動態(tài)地監(jiān)視、控制、配置和重新配置DID。指導的示例包括但不限于:根據元算法創(chuàng)建抽象和虛擬化，并執(zhí)行元規(guī)則集。其他術語的定義可以在說明書、權利要求和附圖中找到。
[0056]根據本發(fā)明的麗架構使得可以動態(tài)地構建包括DID和指導器域的計算機系統(tǒng)。DID —般地包括只在DID中運行的一組處理器，以及可在DID中操作的一組存儲器。指導器域(也稱為MM域)一般地包括元信息、包含元信息的指導器域存儲器、包括對指導器域存儲器的訪問的一組指導器域處理器，以及提供DID中該組處理器和存儲器之間通信的一組指導器交換機，該組指導器交換機與該組指導器域處理器配合以根據元信息指導所有的所述通信。該組DID處理器可以包括具有馮?諾依曼、哈佛、改性的哈佛或數(shù)據流架構的一個或多個處理器。該指導進一步包括接收系統(tǒng)中斷和將中斷服務進程選擇性地分配給DID處理器和存儲器，抽象系統(tǒng)輸入和輸出活動。指導器交換機一般地包括DID處理器和DID存儲器之間可動態(tài)配置的通信通路，以及與指導器域處理器配合以根據需要根據元信息選擇性地配置和重新配置通信通路的交換機。
[0057]在另一優(yōu)選實施例中，指導在處理器核一級進行。在此實施例中，指導包括將正傳輸?shù)交蛘龔囊粋€或多個核緩存，例如指令緩存、數(shù)據緩存、二級和三級(L2和L3)緩存，傳輸?shù)男畔⑻摂M化。指導器交換機提供核和這些緩存之間的通信通路，指導器交換機與指導器域處理器配合以根據包含在MM緩存中的元信息指導所有這樣的通信。在另一類似的涉及多個核的實施例中，有兩個MM。有指導指令總線和數(shù)據總線之間的所有通信的MM，以及L2緩存，與前面的實施例類似，但另外還有放置在每個核的控制單元和算術邏輯單元之間的核指導器交換機。核MM處理器與核指導器交換機配合以指導核的控制單元和相應的算術邏輯單元之間的通信。優(yōu)選地，兩個MM通信以進行協(xié)作。
[0058]在另一實施例中，多個DID處理器核被分隔成多個塊。每個塊的每個核都包含指令和數(shù)據緩存。每個塊都包括塊元信息、用作指令和數(shù)據緩存的虛擬L2緩存的塊MM存儲器、塊指導器域處理器和塊指導器交換機。優(yōu)選地，塊指導器域處理器與塊指導器交換機配合根據塊元信息為每個塊將L2緩存虛擬化為至少多個分區(qū)。此外，該實施例還包括一組DID存儲器、與所有塊相關的整體元信息、包括對整體元信息的訪問的整體指導器域處理器、提供所有的塊和該組DID存儲器之間通信的整體指導器交換機，以及所有的塊和整體指導器交換機之間的通信鏈路。
[0059]在涉及多個DID處理器或核的系統(tǒng)中，指導器域的優(yōu)選實施例包括:第一存儲器，包含可由用作規(guī)則服務器的第一處理器訪問的一組主規(guī)則；一組第二處理器，每一個指導該多個DID處理器的一個子集；一組第二存儲器，可由對應的第二處理器訪問，每一個第二存儲器都包含與其對應的第二處理器正在進行的指導相關的規(guī)則子集。在此情況下，第一處理器將相關的子集提供給第二存儲器。
[0060]在另一優(yōu)選實施例中，有多個計算機子系統(tǒng)，每一個都包括DID和MM域。每一個DID都包括一組DID處理器和一組DID存儲器。每一個MM域都包括元信息、指導器域處理器、與指導器域處理器配合以根據元信息指導DID處理器和DID存儲器之間的所有通信的指導器交換機、用于在多個計算機子系統(tǒng)之間的DID中傳輸信息的通信鏈路，以及用于在多個計算機子系統(tǒng)之間的元指導器域中傳輸信息的通信鏈路。該實施例還可以包括多個傳感器，每一個都與多個計算機子系統(tǒng)通信，多個顯示設備中的每一個都與多個計算機子系統(tǒng)通信。
【附圖說明】
[0061]圖1是傳統(tǒng)馮.諾依曼計算機系統(tǒng)的功能圖。
[0062]圖2是示出傳統(tǒng)馮.諾依曼架構的維恩圖。
[0063]圖3是示出虛擬化配置的傳統(tǒng)馮.諾依曼架構的維恩圖。
[0064]圖4是傳統(tǒng)哈佛計算機系統(tǒng)的功能圖。
[0065]圖5是示出傳統(tǒng)哈佛架構的維恩圖。
[0066]圖6A是示出控制流程序和標記令牌程序之間的區(qū)別的流程圖。
[0067]圖6B是傳統(tǒng)標記令牌架構的功能圖。
[0068]圖7是示出傳統(tǒng)微處理器架構的功能圖。
[0069]圖8A和8B是示出傳統(tǒng)雙核CPU架構的功能圖。
[0070]圖9是示出傳統(tǒng)64核CPU架構的功能圖。
[0071]圖10是示出傳統(tǒng)GPGPU架構的功能圖。
[0072]圖11是示出傳統(tǒng)GPGPU處理流程的流程圖。
[0073]圖12是示出傳統(tǒng)云系統(tǒng)架構的流程圖。
[0074]圖13是示出傳統(tǒng)并行集群存儲器架構的功能圖。
[0075]圖14是示出傳統(tǒng)分布式集群存儲器架構的功能圖。
[0076]圖15顯示了示出傳統(tǒng)交換式結構架構的功能圖。
[0077]圖16是示出Clos網絡決策塊的功能圖。
[0078]圖17是示出元指導器控制的多從處理器系統(tǒng)的功能塊圖。
[0079]圖18是示出根據該發(fā)明被包括在馮.諾依曼式計算機系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0080]圖19是示出根據該發(fā)明被包括在哈佛式計算機系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0081]圖20是示出根據該發(fā)明的元指導器架構的維恩圖。
[0082]圖21是更詳細地示出根據該發(fā)明被包括在具有可編程中斷定時器的單個處理器，單個存儲器計算機系統(tǒng)中的元指導器交換機的功能塊圖。
[0083]圖22是示出根據該發(fā)明被包括在包括多個從處理單元(SPU)的計算機系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0084]圖23和24是示出在數(shù)據流架構的情形中根據該發(fā)明被包括的并設置在處理單元和存儲器與相關的存儲器和周邊設備之間的元指導器和元指導器交換機的功能塊圖。
[0085]圖25是示出根據該發(fā)明被包括在標記令牌數(shù)據流架構中的元指導器和元指導器交換機的功能塊圖。
[0086]圖26是示出根據該發(fā)明被包括在多個CPU異質架構中的元指導器和元指導器交換機的功能塊圖。
[0087]圖27是示出根據該發(fā)明被包括在圖7的計算機系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0088]圖28是示出根據該發(fā)明以不同的方式被包括在圖7的計算機系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0089]圖29是示出具有可動態(tài)重新配置的CPU的元指導器的功能塊圖。
[0090]圖30A和30B分別是示出根據該發(fā)明被包括在具有一個和兩個CPU核的計算機系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0091]圖31是示出根據該發(fā)明被包括在具有八個CPU核的計算機系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0092]圖32是示出根據該發(fā)明被包括在具有多個CPU核的計算機系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖，但元指導器在核的外部。
[0093]圖33是示出根據該發(fā)明被包括在A CPU背景中的元指導器的功能塊圖。
[0094]圖34、35和36示出了根據該發(fā)明被包括在網格計算系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0095]圖37示出了根據該發(fā)明被包括在集群計算系統(tǒng)中的元指導器的功能塊圖。
[0096]圖38示出了根據該發(fā)明被包括在并行配置中的元指導器的功能塊圖。
[0097]圖39示出了根據該發(fā)明被同時包括在并行和分布式模型(PDM)兩者中的元指導器的功能塊圖。
[0098]圖40示出了根據該發(fā)明連接到公用組件的兩個元指導器的功能塊圖。
[0099]圖41是示出根據圖40的元指導器系統(tǒng)的輸出的表格和曲線圖。
[0100]圖42是示出根據圖40的元指導器系統(tǒng)的輸出的更多表格。
[0101]圖43示出了用來定義元指導器系統(tǒng)的數(shù)學技術，如方差或神經網絡分析。
【具體實施方式】
[0102]參見圖17，以塊的形式示出了使用用“SPU控制交換機”表示的虛擬化交換機的基本的元指導器(MM)。這里公開的該MM架構與美國專利7，484，032B2中涉及的專利類似，但明顯更新穎。圖17還示出了用于交換機、麗CPU、麗緩存、路由表和保持活躍控制器的邏輯控制。包括有MM中央處理單元(MM CPU) 50，它可以是操作用來執(zhí)行該功能的單個設備或一系列設備。MM甚至可以以狀態(tài)機實現(xiàn)。根據這里公開的本發(fā)明，MM CPU工作在MM域中，并運行監(jiān)視、存儲和控制與機器有關的所有事件的監(jiān)督算法。它將線程調度到從處理單元(SPU)陣列51，監(jiān)測它們的進程，而且可以檢測故障信號。它對系統(tǒng)和I