D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2001.04.027 第23卷第4期 北京科技大学学报 Vol.23 No.4 2001年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2001 可重构计算机体系结构 王昭顺王沁 曲英杰 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要介绍可重构的概念、可重构计算系统的基本结构、技术基础和技术关键；提出可重构 计算机设计中存在的问题与解决方案. 关键词可重构；可重构计算系统；可重构计算系统结构 分类号TP303 1可重构的概念 殊的计算支持，以实现大计算量指令和子程序 的执行.这种提高通用计算机性能的重构方法 可重构是在软件的控制下，利用可重用资 称为指令级可重构. 源，重构或重组成另一个计算平台，以适应不同 (4)芯片级可重构：在多处理器互连的基础 的应用需求，.具有可重构特征的计算系统称为 上，使处理器位数可变、处理器个数可变或处理 可重构计算系统 器间互连可变的计算机结构，称为芯片级可重 重构与重组是可重构计算系统改变其功能 构或结构级可重构， 的2种方式).重构是指新计算系统的功能部 件，在旧的计算系统中不存在，利用旧计算系统 2可重构计算的系统结构 的可重用资源重新构造生成.重组是指新计算 系统的功能部件，在旧的计算系统中存在，通过 可重构计算系统一般采用标准处理器单元 重新组合形成新的计算结构. 与可重构阵列紧密耦合的设计方法，其基本的 可重构的基础是可重用资源.在FPGA出 系统结构如图1所示网 现之前，可重构计算机系统采用重组的方式，其 存储器 重用资源是功能部件；FPGA出现之后，使重构 方式成为可能，其重用资源是基本门和线，通过 指令Cache 数据Cache 配置文件，定义每个门的性质和线的连接，改变 硬件的功能。 可重构的目的是为解决硬件结构与应用不 标准处理器 可重构阵列 匹配.按解决问题的层次不同，可将可重构分为 4类0： 图1可重构计算系统的蓄本结构 (1)门级可重构.从基本门级入手重构计算 Fig.1 Basic structure of reconfigurable computation system 系统.即将功能部件的逻辑用FPGA实现，当应 可重构阵列可以访问标准处理器单元的高 用算法改变时，通过改变FPGA的配置来改变 速缓存，但可重构阵列可以与标准处理器单元 其功能.这种重构也称为电路级可重构. 独立执行（指令来自于缓存），也可以在标准处 (②)部件级可重构.早期的重构从功能部件 理器单元的控制下执行（指令来自于标准处理 入手，通过对功能部件的重新组合来适应不同 器).可重构计算的技术基础是可重构阵列.可 的计算需求 重构阵列结构如图2所示. (3)指令级可重构.在标准处理器单元的基 其中可重构阵列的构成元素可以是基本 础上增加专用的计算设备，为通用计算提供特 门，也可以是功能部件（如寄存器等）.可重构计 收稿日期2000-10-31男，31岁，讲师，预士 算的技术关键有：摘 卷 第 期 的 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 工 处汀 恤 、 】 乡 可重构计算机体系结构 王 昭 顺 王 沁 曲 英 杰 北京科技大学信息工程学院 ， 北京 摘 要 介绍可重构的概念 、 可重构计算系统的基本结构 、 技术基础 和技术关键 提出可重构 计算机设计中存在的间题与解决方案 关扭词 可重构 可重构计算系统 可重构计算系统结构 分类号 可重构的概念 可重构是在软件 的控制下 ， 利用 可重用资 源 ， 重构或重组成另一个计算平 台 ， 以适应不 同 的应用需求 具有可重构特征的计算系统称为 可重构计算系统 重构与重组是可重构计算系统改变其功能 的 种方式 【 重构是指新计算系统的功能部 件 ， 在 旧 的计算系统 中不存在 ， 利用 旧计算系统 的可重用资源重新构造生成 重组是指新计算 系统的功能部件 ， 在 旧 的计算系统 中存在 ， 通过 重新组合形成新 的计算结构 可重构 的基础是可重用资源 在 出 现之前 ， 可重构计算机系统采用重组的方式 ， 其 重用资源是功能部件 出现之后 ， 使重构 方式成为可能 ， 其重用资源是基本门和线 ， 通过 配置文件 ， 定义每个门的性质和线 的连接 ， 改变 硬件 的功能 可重构 的 目的是为解决硬件结构与应用不 匹配 按解决问题的层次不 同 ， 可将可重构分为 类‘，， 门级可重构 从基本 门级人手重构计算 系统 即将功能部件的逻辑用 实现 ， 当应 用算法改变时 ， 通过改变 的配置来改变 其功能 这种重构也称为 电路级可重构 部件级可重构 早期 的重构从功能部件 人手 ， 通过对功能部件 的重新组合来适应不 同 的计算需求 指令级可重构 在标准处理器单元的基 础上增加专用 的计算设备 ， 为通用 计算提供特 收稿 日期 犯 男 ， 岁 ， 讲师 ， 硕士 殊的计算支持 ， 以实现大计算量指令和子程序 的执行 这种提高通用计算机性能 的重构方法 称为指令级可重构 芯片级可重构 在多处理器互连 的基础 上 ， 使处理器位数可变 、 处理器个数可变或处理 器间互连可 变 的计算机结构 ， 称为芯 片级可重 构或结构级可 重构 可重构计算的系统结构 可重构计算系统一般采用标准处理器单元 与可 重构阵列 紧密藕合 的设计方法 ， 其基本 的 系统结构如图 所示 数据 可重构阵列 翻 可，构计算系统的落本结构 棺 花 沈 四 卜 月。 叮 可重构阵列可 以访间标准处理器单元的高 速缓存 ， 但可重构阵列可 以 与标准处理器单元 独立执行 指令来 自于缓存 ， 也可 以在标准处 理器单元 的控制下执行 指令来 自于标准处理 器 可重构计算 的技术基础是可重构阵列” 可 重构阵列结构如图 所示 其 中可 重 构 阵列 的构成元 素可 以 是基本 门 ， 也可 以是功能部件 如寄存器等 可重构计 算 的技术关键有 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．04．027