Процесор із семантичним контролем

Процесор із семантичним контролем, що має центральний та додатковий арифметично-логічний пристрій, оперативний запам'я товуючий пристрій даних, постійний запам'ятовуючий пристрій команд, лічильник команд, послідовний порт обміну, блок регістрів керування, мультиплексори даних і адреси, шину команд і шину даних, вхід-ви хід послідовного обміну, вхід-ви хід даних і ви хід адреси, вхід і вихід центрального арифметично-логічного пристрою, з'єднаний із шиною даних, перший вхід блока регістрів керування, з'єднаний із шиною команд, а вхід-вихід - із шиною даних, вхід-ви хід додаткового арифметично-логічного пристрою, з'єднаний із шиною даних, а ви хід - з першими входами мультиплексора адреси та оперативного запам'ятовуючого пристрою даних, перший вхідвихід якого з'єднаний із шиною даних, а другий - із входом-виходом послідовного порту обміну, вхідвихід якого з'єднаний із входом-виходом послідовного обміну процесора, вхід лічильника команд з'єднаний із шиною команд, а вихід - із входом постійного запам'ятовуючого пристрою команд і другим входом мультиплексора адреси, вхід якого C2 2 (19) 1 3 84422 4 відмовостійких систем, систем тестування, вериЗ іншого боку, програмна реалізація засобів фікації тощо. контролю потребує додаткових витрат часу, що Відомий пристрій для контролю арифметикознижує оперативність контролю і продуктивність логічних пристроїв [авторське свідоцтво CPCP процесора у цілому. №1815639, кл. G 0611/00, 1993], що має блок поріВ основу винаходу покладено завдання вдосвняння, додавач, чотири мультиплексори. Недоліконалення процесора шляхом підвищення достоком цього пристрою є обмежені функціональні мовірності функціонування за рахунок реалізації опежливості, оскільки він не забезпечує контроль ративного семантичного контролю процесу семантичного змісту даних, що обробляються. обробки даних. Відомий пристрій для ділення [авторське свіПоставлене завдання вирішується тим, що доцтво CPCP №1667077, G06F11/00, 7/52, 1991], процесор із семантичним контролем, який містить що містить груп у додавачів, вузли згортки за моцентральний та додатковий арифметичний придулем два, два блоки порівняння. Недоліком цього стрій, оперативний запам'ятовуючий пристрій дапристрою є низька достовірність функціонування. них, постійний запам'ятовуючий пристрій команд, Вона обмежена через те, що правильність виколічильник команд, послідовний порт обміну, блок нання операцій контролюється тільки за рахунок регістрів керування, мультиплексори даних і адреперевірки даних на парність. си, шину команд і шину даних, вхід-ви хід послідовНайбільш близьким до пропонованого є проного обміну, вхід-ви хід центрального арифметикоцесор, що має центральний та додатковий арифлогічного пристрою, з'єднаний із шиною даних, метично-логічний пристрій, оперативний запам'я перший вхід блока регістрів керування з'єднаний із товуючий пристрій даних, постійний шиною команд, а вхід-ви хід - із шиною даних, вхідзапам'ятовуючий пристрій команд, лічильник ковихід додаткового арифметико-логічного пристрою манд, послідовний порт обміну, блок регістрів кез'єднаний із шиною даних, а вихід - з першими рування, мультиплексори даних та адреси, шину входами мультиплексора адреси та оперативного команд і шину даних, вхід-ви хід послідовного обзапам'ятовуючого пристрою даних, перший вхідміну, вхід-ви хід даних, вихід адреси, вхід-вихід вихід якого з'єднаний із шиною даних, а другий - із центрального арифметико-логічного пристрою, входом-виходом послідовного порту обміну, вхідз'єднаний із шиною даних, перший вхід блока регівихід якого з'єднаний із входом-виходом послідовстрів керування, з'єднаний із шиною команд, а ного обміну процесора, вхід лічильника команд вхід-ви хід із шиною даних, вхід-ви хід - з шиною з'єднаний із шиною команд, а вихід - із входом даних, вхід-ви хід додаткового арифметикопостійного запам'ятовуючого пристрою команд і логічного пристрою, з'єднаний із шиною даних, а другим входом мультиплексора адреси процесора, вихід - із першими входами мультиплексора адревихід постійного запам'ятовуючого пристрою коси та оперативного запам'ятовуючого пристрою манд з'єднаний із шиною команд, вхід мультиплекданих, перший вихід якого з'єднаний із шиною дасора даних з'єднаний із шиною команд, перший них, а другий — із входом-виходом послідовного вхід-ви хід - із шиною даних, другий вхід-ви хід з'єдпорту обміну, вхід-ви хід якого з'єднаний і входомнаний із входом-виходом даних процесора, згідно виходом пристрою послідовного обміну, вхід лічиз винаходом додатково має перший і другий блоки льника команд з'єднаний із шиною команд, а вихід регістрів семантичних ознак операндів, блок регіс- із входом запам'ятовуючого пристрою і другим трів семантичних ознак результату, додавачвходом мультиплексора адреси, вхід якого з'єднавіднімач, блок порівняння, дешифратор команд, ний з виходом адреси пристрою, вхід запам'ятомультиплексор ознаки контролю, мультиплексор вуючого пристрою команд, з'єднаний із шиною коду семантичних ознак, елемент АБО, причому команд, вхід мультиплексора даних з'єднаний із відповідні виходи блока регістрів керування з'єдшиною команд, перший вхід-вихід - із шиною данані із входами дешифратора команд, перший них, др угий вхід-ви хід з'єднаний із входом-виходом вихід якого з'єднаний з керуючим входом мультиданих пристрою [Бондарев В., Трьостер Г., Чернеплексора ознаки контролю, другий та третій - із та В., Цифрова обробка сигналів: методи та засопершим і другим входами елемента АБО відповідби. Навчальний посібник для ВНЗ - Харків: Конус, но, вихід елемента АБО з'єднаний з керуючим 2001. - c.257, рис.7.3]. входом мультиплексора коду семантичних ознак і Зазначений пристрій є процесором фірми першим інформаційним входом мультиплексора Texas Instruments сімейства TMS3202X, а саме ознаки контролю, вихід якого з'єднаний з другим TMS32025 з фіксованою комою. входом блока регістрів керування, шина даних Недоліком цього пристрою є низька достовірз'єднана з входами першого і другого блоків регісність функціонування, обумовлена обмеженістю трів семантичних ознак операндів, виходи яких можливостей засобів контролю процесора. Контз'єднані з першим і другим входами блока порівроль функціонування процесора може виконуваняння відповідно, вихід якого з'єднаний з другим тися тільки програмними засобами. Це, з одного інформаційним входом мультиплексора ознаки боку, призводить до збільшення ймовірності помиконтролю, вихід першого блока регістрів семантилок другого роду, тобто невиявлення часткової чних ознак операндів з'єднаний з першими інфорвтрати працездатності внаслідок збоїв апаратних маційними входами додавача-віднімача та мульзасобів, або прояву дефектів програмного забезтиплексора коду семантичних ознак, вихід якого печення [див. Харченко B.C. та ін. Основи діагносз'єднаний із входом блоку регістрів семантичних тики цифрових систем. Підручник. Міносвіти та ознак результату, ви хід якого з'єднаний із шиною науки України. 2004. - C.56-66]. даних, вихід друго го блока регістрів семантичних ознак, другий та третій виходи дешифратора ко 5 84422 6 манд з'єднані з другим інформаційним, першим і подальшого використання у семантичному контдругим керуючими входами додавача-віднімача ролі обчислювального процесу. відповідно, вихід якого з'єднаний з другим інфорВведення блока регістрів семантичних ознак маційним входом мультиплексора коду семантичрезультату та його зв'язків забезпечує накопиченних ознак. ня елементів семантичного вектора результату Запропонований процесор із семантичним ковиконання бінарних арифметичних операцій для їх нтролем має новий склад елементів та нову оргаподальшого використання у семантичному контнізацію зв'язків між ними, які забезпечують нові ролі обчислювального процесу при виконанні протехнічні властивості винаходу. Те хнічним резульцесором наступних команд. татом, який при цьому досягається, є підвищення Введення дешифратора команд та його зв'яздостовірності функціонування. ків забезпечує на підставі відомого коду команди, Сутність винаходу полягає в тому, що у процещо зберігається у регістрі команд, що входить до сорі реалізується оригінальний метод контролю складу блока регістрів керування, формувати підфункціонування за рахунок оперативної перевірки час виконання множення, ділення, та адитивних правильності виконання операцій шляхом аналізу операцій (складання, віднімання, порівняння, пекоректності зміни розмірності даних, що обробляресилання) три сигнали, відповідно "Множення", ються. Тобто внаслідок введення додаткових еле"Ділення", "АК" - адитивна команда, які використоментів та їх зв'язків контролюється коректність вуються для керування додавачем-віднімачем, та перетворень у семантичному просторі. мультиплексорами семантичних ознак та ознак Семантичний контроль достовірності обчисконтролю. лювального процесу базується на розгляді харакВведення елемента АБО та його зв'язків затеристик функціональності інформаційно-керуючих безпечує на підставі сигналів "Множення" та "Дісистем у так званому семантичному просторі [Малення" формування сигналу "МК" - м ультиплікатинжос Ю.С. Семантический контроль программного вна команда, що подається на перший вхід обеспечения систем критического применения // мультиплексора ознаки контролю і використовуАвиационно-космическая техника и технология. ється для формування ознаки семантичної коректСб. научных трудов Национального аэрокосмичесності результату операції. кого университета им. Н.Е. Жуковского Вып.34. Введення блока порівняння та його зв'язків "Антиква", Харьков, 2002. - С.207-212]. забезпечує формування сигналу "Збіг операндів" Базисом семантичного простору є п незалежпри збігу елементів семантичних векторів першого них (ортогональних) векторів одиничної довжини, та другого операндів, який подається на другий кожний з яких відповідає одній з основних одиниць вхід м ультиплексора ознак контролю, та викорисобраної системи одиниць. Наприклад, для міжнатовується для формування ознаки семантичної родної системи одиниць СІ базис матиме 9 ортокоректності результату операції. гональних векторів, що мають таке значення та Введення "Додавача-віднімача" та його зв'язрозмірність: {Довжина [метр]; Маса [кілограм]; Час ків забезпечує, на підставі керуючих сигналів [секунда]; Сила електричного струму [Ампер]; "Множення" та "Ділення", та шляхом поелементноТермодинамічна температура [Кельвін]; Сила свіго додавання, або віднімання семантичних ознак тла [кандела]; Кількість рідини [моль]; Плоский кут першого та другого операндів, формування семан[радіан]; Тілесний кут [стерадіан]}. тичного вектора результату, який надходить на Семантичний простір - n-вимірний метричний другий вхід мультиплексора семантичних ознак. простір, що складається із множини X елементів, Введення мультиплексора семантичних ознак кожний з яких відповідає фізичному типу. Кожному та його зв'язків забезпечує під час виконання проз елементів семантичного простору відповідає цесором мультиплікативних команд формування семантичний вектор, проведений із початку коорсемантичної ознаки з даних, що надходять з "Додинат. Координати вектора відповідають розмірдавача-віднімача" , а під час виконання адитивних ності фізичного типу обраної системи одиниць. команд з даних, що надходять з другого блоку реРеалізація семантичного контролю обчислюгістрів семантичних ознак операндів. вального процесу потребує використання у процеВведення мультиплексора ознаки контролю та сорі для перевірки та обчислення семантичних його зв'язків забезпечує під час виконання процехарактеристик програмних змінних: додавачасором адитивних та мультиплікативних команд віднімача, першого та другого блока регістрів сеформування семантичної ознаки коректності обчимантичних ознак, мультиплексора семантичних слювального процесу, що надходять з елементів ознак, мультиплексора ознак контролю, блока реАБО та блока порівняння та передаються у блок гістрів семантичних ознак результату, блока поріврегістрів керування. няння, елемента АБО, деши фратора команд. Таким чином, введення зазначених елементів Введення першого блока регістрів семантичта обумовлених ними зв'язків забезпечує контроль них ознак операндів та його зв'язків забезпечує функціонування процесора та оперативне виявнакопичення елементів семантичного вектора лення порушень внаслідок збоїв та відмов апаратпершого операнду бінарних арифметичних операних і програмних засобів. цій для їх подальшого використання у семантичНа Фіг.1 надано функціональну схему проценому контролі обчислювального процесу. сора, на Фіг.2 - схему розташування елементів Введення другого блока регістрів семантичних семантичного простору в механічному базисі. В ознак операндів та його зв'язків забезпечує накотаблиці 1 і таблиці 2 наведено правила (аксіомапичення елементів семантичного вектора другого тику) семантичних відображень та операцій над операнду бінарних арифметичних операцій для їх семантичними числами відповідно. 7 84422 8 Процесор із семантичним контролем (Фіг.1) мі- швидкість, 9 - об'єм, 10 - площа, 11 - довжина, 12 стить центральний 1 та додатковий 2 арифметико- час. логічні пристрої, оперативний запам'ятовуючий Властивості семантичного простору дозволяпристрій даних 3, постійний запам'ятовуючий приють виконувати над його елементами такі операції: стрій команд 4, лічильник команд 5, послідовний порівняння, множення на константу, додавання, порт обміну 6, блок регістрів керування 7, перший віднімання. При цьому утворюються нові фізичні 8 і другий 9 блоки регістрів семантичних ознак типи. Так, при додаванні елементів, що відповідаоперандів, блок регістрів семантичних ознак реють довжині, утворюється елемент, що відповідає зультату 10, додавач-віднімач 11, блок порівняння площині, а додавання елементів довжини та пло12, дешифратор команд 13, мультиплексор ознаки щини утворить елемент об'єму. Множення елемеконтролю 14, мультиплексор коду семантичних нта довжини на 2 та 3 утворить відповідно елемеознак 15, мультиплексори даних 16 і адреси 17, нти площини та об'єму то що. елемент АБО 18, шин у команд 19, шину даних 20, Семантичний простір є Евклідовим метричним вхід-ви хід даних 21, ви хід адреси 22, вхід-ви хід простором з метрикою r(а,в), що визначається за послідовного обміну 23, вхід і вихід центрального правилами: арифметико-логічного пристрою 1 з'єднаний із r(а,а)=0, шиною даних 20, блока регістрів керування 7, з'єдr(а,в)=r(в,а), наний із шиною команд 19, вхід-вихід додаткового r(а,с)≤r(а,в)+r(в,с). арифметико-логічного пристрою 2 з'єднаний із Відстань між точками семантичного простору шиною даних 20, а вихід - з першими входами мудорівнює: льтиплексора адреси 17, оперативного запам'ятовуючого пристрою даних 3, перший вхід-ви хід якоr( a,b) = å (ai - bi )2 . го з'єднаний із шиною даних 20, а другий - із При такому визначенні метрики будь-які два входом-виходом послідовного порту обміну, вхідрезультати, що мають різні семантики, вважативихід якого з'єднаний із входом-виходом послідовмуться різними. Це дозволяє контролювати корекного обміну процесора 23, вхід лічильника команд тність обчислювального процесу не тільки за збі5 з'єднаний із шиною команд 19, а вихід - із входом гом кількісних значень (з необхідною точністю), а й постійного запам'ятовуючого пристрою команд 4 і за фізичним типом (збігом семантик). другим входом мультиплексора адреси 17, вихід Використання семантики дозволяє застосуваякого з'єднаний з виходом адреси процесора 22, ти програмний інваріант - збереження семантики вихід постійного запам'ятовуючого пристрою копрограмних даних. Зміна семантичних векторів манд 4 з'єднаний із шиною команд 19, вхід мульданих свідчитиме про наявність програмних дефетиплексора даних 16 з'єднаний із шиною команд ктів або відмов (збоїв) та інших збурень, що при19, перший вхід-вихід з'єднаний із входом-виходом звели до спотворення обчислювального процесу. даних процесора 21, відповідні виходи блока регіІснує взаємовідповідність між програмними стрів керування з'єднані із входом дешифратора операціями у виразах, що мають фізичні типізовані команд 1, перший вихід якого з'єднаний з керуюзмінні (операторним відображенням) та операціячим входом мультиплексора ознаки контролю 14, ми над елементами семантичного простору (семадругий та третій - з першим і другим входами елентичним відображенням). Деякі з операторних вімента АБО 18 відповідно, вихід елементу АБО 18 дображень мають умови семантичної коректності з'єднаний з керуючим входом мультиплексора ко(див. таблицю 1, де надано аксіоматику семантичду семантичних ознак 15 і першим інформаційним них відображень). У другій колонці наведено типовходом мультиплексора ознаки контролю 14, вихід ве операторне відображення, у третій - відповідне якого з'єднаний із другим входом блока регістрів йому семантичне відображення, а в останній керування 7, шина даних 20 з'єднана із входами умови семантичної коректності операторного відопершого 8 і другого 9 блоків регістрів семантичних браження. ознак операндів, виходи яких з'єднані з першим і Операції множення та ділення коректні завдругим входами блока порівняння 12 відповідно, жди. Семантичний вектор добутку двох змінних вихід якого з'єднаний із другим інформаційним дорівнює сумі семантичних векторів співмножнивходом мультиплексора ознаки контролю 14, вихід ків. Семантичний вектор результату ділення двох першого блока регістрів семантичних ознак операзмінних дорівнює різниці семантичних векторів ндів 8 з'єднаний з першими інформаційними вхооперандів. Операція піднесення до степеня має дами додавача-віднімача 11 та із входом блока сенс тільки для безрозмірних покажчиків, тобто регістрів семантичних ознак результату 10, ви хід семантичний вектор покажчика повинен бути нуякого з'єднаний із шиною даних 20, ви хід другого льовим. Перевірку коректності семантичного відоблока регістрів семантичних ознак 9, другий та браження, що відповідає операторному відобратретій виходи деши фратора команд 13 з'єднані з женню, покладено в основу семантичного другим інформаційним, першим і другим керуючиконтролю обчислювального процесу. ми входами додавача-віднімача 11 відповідно, Необхідною умовою апаратної реалізації севихід якого з'єднаний із другим інформаційним мантичного контролю є використання замість звивходом мультиплексора коду семантичних ознак чайних чисел так званих семантичних чисел, котрі, 15. на відміну від звичайних програмних змінних, що На Фіг.2 ілюструється приклад схеми розташузберігають кількісні дані, оперують також і якіснивання елементів семантичного простору в механіми характеристиками - фізичною розмірністю. чному базисі: 1 - щільність, 2 - маса, 3 - скаляр, 4 Семантичне число має вигляд вектора сила, 5 - енергія, 6 - потужність, 7 - прискорення, 8 Х={Х0 , Х1, Х2, Х3,...,ХN}, 9 84422 10 де Х0 - кількісна характеристика (звичайна ціле ходу блока з шиною даних 20, а входу з виходом або дійсне число); мультиплексора семантичних ознак 15. {Х1 , Х2 , Х3,...ХN} - семантичний вектор, що хаДодавач-віднімач 11 виконує на підставі керурактеризує фізичний тип у семантичному просторі. ючих сигналів "Множення" та "Ділення" поелеменТип даних, що зберігають проекції семантичтне додавання, або віднімання семантичних ознак ного вектора, залежить від обраної системи одипершого та другого операндів для формування ниць. Для системи CI всі елементи семантичного семантичного вектора результату, який надходить вектора мають цілі значення. на другий вхід мультиплексора семантичних ознак Використання семантичних чисел дозволяє не 15. тільки одночасно отримувати разом із кількісними Блок порівняння 12 призначений для побітного значеннями також і якісні — фізичний тип резульпорівняння семантичних ознак операндів та фортату, а й перевіряти коректність обчислювального мування сигналу "Збіг операндів", який дорівнює 1, процесу. Аксіоматика операцій над семантичними якщо ознаки збігаються, і 0 у противному випадку, числами ілюструється в таблиці 2. Символами та подається на другий вхід мультиплексора ознаX,Y,Z позначено відповідні операнди та їх складові ки контролю 14. Елементи функціонального схеми (Фіг.1) маДешифратор команд 13 формує під час викоють таке призначення. нання множення, ділення, та адитивних операцій Центральний арифметико-логічний пристрій 1 (складання, віднімання, порівняння, пересилка) призначений для оперування багаторозрядними сигнали: "Множення", "Ділення" та "АК" - адитивна (наприклад, 16-розрядними) словами, що читакоманда, які використовуються для керування доються із пам'яті даних або програм. давачем-віднімачем 11, та мультиплексором ознак Додатковий арифметико-логічний пристрій 2 контролю 14 і опосередковано мультиплексором використовується для формування адреси операсемантичних ознак 15. нда пам'яті даних і функціонує паралельно з Мультиплексор ознаки контролю 14 призначецентральним арифметико-логічним пристроєм 1. ний для формування семантичної ознаки коректОперативний запам'ятовуючий пристрій 3 приності обчислювального процесу на підставі сигназначений для внутрішнього зберігання оперативлів, що надходять з елементів АБО 18 та блока них даних та програми, що дозволяє процесору порівняння 12, яка передається у блок регістрів функціонувати з максимальною швидкодією, при керування. цьому зовнішня шина даних залишається вільною. Мультиплексор семантичних ознак 15 формує Запам'ятовуючий пристрій команд 4 забезпесемантичні ознаки результату. Для цього під час чує оперативне зберігання послідовностей команд, виконання процесором мультиплікативних команд що виконуються центральним арифметико(множення та ділення) семантичні ознаки надхологічним пристроєм. дять з додавача-віднімача 11. Під час виконання Лічильник команд 5 призначений для керуванадитивних команд семантичні ознаки надходять з ня процесором має в своєму складі безпосередньо другого блоку регістрів семантичних ознак операбагато розрядний (наприклад, 16-розрядний) лічиндів 9. льник команд та восьмирівневий апаратний стек. Мультиплексор даних 16 призначений для реЛічильник команд формує адресу команди та пеалізації обміну між внутрішніми шинами даних 20, редає її на шину адреси команд 19. Стек використа команд 19, з одного боку, та зовнішньою шиною товується під час обробки переривань та викликів даних 21, з іншого. програмних функцій. Мультиплексор адреси 17 формує адреси коПослідовний порт обміну 6 забезпечує зв'язок манди для зовнішньої шини адреси команд на підз іншими пристроями по послідовному каналу. ставі стану лічильника команд 5, або результатів Блок регістрів керування 7 підтримує керуючі додаткового арифметико-логічного пристрою 2. операції процесора та має у своєму складі лічильЕлемент АБО 18 призначений для формуванник кількості повторень, регістри стану ST0, ST1, ня під час виконання команд "Множення" та "Дірегістри черги команд, регістр команди, регістр лення" сигналу "МК" - мультиплікативна команда, ознак переривань, регістр маски переривань. що подається на перший вхід мультиплексора Перший блок регістрів семантичних ознак опеознаки контролю і використовується для формурандів 8 призначений для накопичення та зберівання ознаки семантичної коректності результату гання семантичних ознак першого операнда для операції, а також на керуючий вхід мультиплексоцього він з'єднаний з шиною даних 20 та блоком ра семантичних ознак 15. порівняння 12 і додавачем-віднімачем 11. Шина команд 19 слугує для вн утрішнього з'єдДругий блок регістрів семантичних ознак опенання та обміну між елементами процесора з серандів 9 забезпечує накопичення та зберігання мантичним контролеми. семантичних ознак другого операнда для цього він Шина даних 20 призначена для внутрішнього з'єднаний з шиною даних 20 та блоком порівняння з'єднання та обміну даними між елементами про12 і додавачем-віднімачем 11. цесора з семантичним контролем. Блок регістрів семантичних ознак результату Шина даних 21 слугує для з'єднання з зовніш10 призначений для зберігання елементів семанньою шиною даних обчислювального пристрою. тичного вектора результату виконання бінарних Вихідна адреса 22 призначена для з'єднання арифметичних операцій для їх подальшого викопроцесору з зовнішньою шиною адреси обчислюристання у семантичному контролі обчислювальвального пристрою. ного процесу, що забезпечується поєднанням ви 11 84422 12 Вхід-ви хід послідовного обміну 23 призначевиконується семантичний контроль коректності ний для зв'язку з іншими зовнішніми пристроями обчислювального процесу. за допомогою послідовного каналу. При роботі в цьому режимі дані мають значно Процесор функціонує у дво х режимах: більшу розмір через наявність їх семантичних 1) нормальне функціонування (без збоїв та ознак, що представлені набором цілих чисел відмов); елементів семантичних векторів. У зв'язку з цим 2) функціонування з їх виявленням порушень. основні дані надходять, як і в попередньому випаУ першому режимі процесор з семантичним дку до центрального арифметико-логічного приконтролем працює таким чином. У відповідності із строю 1, а їх семантичні ознаки через внутрішню станом лічильника команд 5 з постійного запам'я шину даних 20 надходять до першого блока сематовуючого пристрою команд 4 на внутрішню шину нтичних ознак 8 та другого блока регістрів семанкоманд 19 надходять відповідні коди команд, які тичних ознак 9. треба виконати. На цю ж шину команд 19 команди Одразу після надходження семантичних ознак можуть потрапити також з оперативного запам'я операндів блок порівняння 12 формує сигнал "Збіг товуючого пристрою 3. При цьому адреса команди операндів", який дорівнює 1, якщо семантичні надходить з лічильника команд 5 на оперативний ознаки операндів збігаються, та 0, в іншому випадзапам'ятовуючий пристрій 3, звідки через на внутку. рішню шину даних 20 подаються операнди, або Під час виконання команд з регістру команди, інші команди. що входить до складу блока регістрів керування 7, Команди через мультиплексор даних 16 мають до дешифратора команд 13 надходить код команможливість потрапити на шину команд 19, звідки ди. Деши фратор команд формує три логічних сигвони надходять до блоку регістрів керування 7 та нали: "Адитивна команда", якщо процесор виконує дешифратора команд 13. команди додавання, віднімання, порівняння, або Інший шля х команд пов'язаний з мультиплекпересилку даних; "Множення" та "Ділення", якщо сором адреси 17, звідки адреса необхідної команпроцесор виконує відповідну команду. Сигнали ди надходить на зовнішню шину адреси, а самі "Ділення" та "Множення" надходять до елементу коди команд надходять до процесора з шини вхідАБО 18, що формує сигнал "Мультиплікативна них-вихідних даних 21, яка через мультиплексом команда", який подається на перший вхід мультиз'єднана з внутрішньою шиною команд 19. Адреси плексора ознаки контролю 14. На другий його вхід операндів потрапляють до додаткового арифметинадходить сигнал з блоку порівняння 12. ко-логічного пристрою 2, де у відповідністю з реМультиплексор ознак контролю 14 керується жимом адресації обчислюється необхідні адреси сигналом "Адитивна команда", що також надхооперандів та наступних команд. Ці адреси надходить з дешифратора команд 13. Під час виконання дить до мультиплексора адреси 17. адитивних команд вихід мультиплексора ознак Дані та команди потрапляють до центрального контролю 14 з'єднано з другим входом, а під час арифметико-логічного пристрою 1 через внутрівиконання мультиплікативних - з першим входом. шню шину даних 20, результати виконання команд Вихід мультиплексора ознак контролю з'єднатакож повертаються на внутрішню шину даних 20. но з зарезервованим бітом (бітом №8) регістра Під час виклику програмних функцій адреси зберістану процесора ST1, що входить до складу блока гаються у стеку, який знаходиться у лічильнику регістрів керування 7. Цей біт бути мати значення команд. 1, якщо обчислювальний процес є семантично Керування обчислювальним процесом виконукоректним, та 0 - у протилежному стані. ється за допомогою блока регістрів керування 7, Крім того, запит на переривання зберігається у який має у своєм у складі регістри стану ST0, ST1, регістрі ознак переривань, що входить до блока призначені для зберігання різних умов та режимів регістрів керування процесора з семантичним конроботи процесора, регістр ознак переривань та тролем. регістр маски переривань. Регістри стану мають У процесорі з семантичним контролем існує ознаки, які мають відношення до переповнення додаткове джерело внутрішніх переривань - блок арифметико-логічного пристрою, ознаки переносу, семантичного контролю коректності обчислювальбіт режиму переривання, що дозволяє, або забоного процесу, переривання від якого мають окрероняє переривання тощо. мий вектор ти пріоритет. Існують зарезервовані біти. В один з цих бітів Під час виконання мультиплікативних операцій при роботі процесора в другому режимі заноситься додавач-віднімач 11, на підставі семантичних ознака семантичної коректності обчислювального ознак операндів, що зберігаються у першому 8 та процесу. При роботі процесора в першому режимі другому 9 регістрах семантичних ознак операндів, ця ознака не контролюється. та керуючись сигналами "Множення" та "Ділення", Зміст регістрів стану може бути збережений у виконує відповідно поелементне складання або пам'яті даних. Це дозволяє відновити стан процевіднімання компонентів семантичних векторів сор після оброблення переривань та викликів проознак операндів. Результат роботи додавачаграмних функцій. віднімача 11 надходить на другий вхід мультиплеУ другому режимі процесор з семантичним коксора семантичних ознак 15. На інший його вхід нтролем працює таким чином. Робота центральнонадходить семантична ознака з другого регістру го арифметико-логічного пристрою 1, завантаженсемантичних ознак 9. ня команд та даних виконується тим самим чином, При виконанні процесором "Ділення" та "Мнощо і в першому режимі. Але паралельно з роботою ження" елемент АБО 18 формує сигнал "Мультицентрального арифметико-логічного пристрою 1, плікативна команда", який перемикає мультиплек 13 84422 14 сор семантичних ознак 15 на другий вхід, з'єднаяви адитивних операцій у потоці команд РА, ймовіний з "Подавачем-віднімачем". Під час виконання рності збереження семантичного типу даних під адитивних операцій вхід мультиплексора семантичас спотворення операнду R T та ймовірності відчних ознак 15 з'єднано з першим входом. Сформована семантична ознака результату, сутності програмних дефектів у коді P , та вияка є масивом цілих чисел, з виходу мультиплекdef значається за формулою: сора емантичних ознак 15 надходить до входу блока регістрів семантичних ознак результату 10, 2 æ RA ö R ç ÷+ R R +R який зв'язаний з внутрішньою шиною даних 20. def ç 3 ÷ def T T è ø Результати роботи як центрального арифметико h =1 . 2 логічного пристрою 1, так і семантичні ознаки, що R +R +1 def def формуються елементами 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, Для програмного забезпечення, що експлуату15, 18 через внутрішню шину даних 20 та мультиється, ймовірність відсутності програмних дефекплексор даних 15 надходять до зовнішньої шини тів можна прийняти близькою до 1, тоді умовна даних 21. ймовірність виявлення програмного дефекту виПід час роботи у другому режимі надається значиться за формулою: можливість контролю семантичної коректності обчислювального процесу шляхом аналізу значень R 2R h =1- A - T . ознаки семантичної коректності, яка зберігається у 9 3 відповідному біті регістру стану обчислювального Для типового програмного коду характерні процесу, що входить до складу блока регістрів РА=0,61, R T =0,09, тоді маємо h=0,86. керування. Значення 1, що зберігається у відповіТаким чином, впровадження запропонованого дному біті (біті №8) регістра стану ST1, відповідає пристрою забезпечує підвищення достовірності семантично коректному обчислювальному процефункціонування процесора, що обчислюється за су, у противному випадку цей розряд дорівнює 0. формулою: Біт режиму переривань INTM регістра стану ST0 1 дозволяє чи забороняє переривання. K= . Якщо INTM=0, то всі переривання, на які не 1- h була накладена маска, дозволені. У випадку Для типового програмного коду забезпечуєтьINTM=1 заборонені всі переривання, що замаскося підвищення достовірності функціонування провані. цесора, для означених вхідних параметрів, в сім Регістр маски переривань має 9 зарезервоваразів. них розрядів. У процесорі з семантичним контроЦе надає змогу розширити сферу застосуванлем, відповідний біт (біт №6) регістра маски переня пристрою на системи підвищеної надійності та ривань відповідає за внутрішнє переривання під безпеки. Зокрема, це стосується вбудованих відчас порушення семантичної коректності обчислюмовостійких систем, інформаційно-керуючих сисвального процесу, яке як і всі інші переривання тем високої достовірності функціонування, систем виконується тільки після того, як закінчиться викотестування та незалежної верифікації програмного нання команди. забезпечення. У разі появи "семантичного" переривання проТаблиця 1 цесор зберігає стан обчислювального процесу і розпочинає обробку. Реалізація семантичного контролю у процесорі надає змогу, шля хом фіксації семантичної некоректності обчислювального процесу, виявляти програмні дефекти та апаратні збурення, не тільки під час розробки та верифікації програмного забезпечення, а також і під час штатної експлуатації у складі складних апаратно-технічних комплексів. Визначимо техніко-економічну ефективність запропонованого винаходу. Згідно з літературним Таблиця 2 джерелом [Манжос Ю.С. Оценка эффективности независимой верификации программного обеспечения // Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков: ХАИ. - 2004. - № 7. - С.210-214] умовна ймовірність виявлення програмного дефекту шляхом семантичного контролю залежить від статистичних характеристик програмного коду і даних, що обробляються, а саме: ймовірності по 15 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 84422 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601