[發明專利]寄存器文檔電路

無效

• 申請號: 01137281.8
• 申請日: 2001-11-02
• 公開（公告）號: CN1357825A
• 公開（公告）日: 2002-07-10
• 發明（設計）人: 喬納森·邁克爾·哈里斯;艾德里安·菲利普·懷斯;奈杰爾·彼德·托法姆
• 申請（專利權）人: 斯羅揚有限公司
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 吳麗麗

技術領域

本發明涉及一種寄存器文檔電路，可在諸如處理器或處理器內核中應用。本發明還涉及可在諸如處理器或處理器內核的管道環中應用的一種寄存器重命名法。

背景技術

在高性能計算過程中，通常要求目標機(如微處理器)高速執行指令，軟件管道環中循環寄存器重命名的需求隨之增大。指令執行時間一般由應用程序中的環結構決定。為高速執行指令，處理器可以劃分多個單獨的執行單元，其中每個單元可在其它執行單元執行指令時并行地執行一條或多條指令。

通過這些指令執行單元，可設定由多個單個的等級構成的所謂的軟件管道。每個軟件管道等級與特定指令執行單元沒有固定的物理對應關系。當應用程序中的環結構被編譯時，構成環的某個迭代的機器指令被列入執行進程表，以便由不同的指令執行單元根據軟件管道進程表來執行。該進程表分成連續的等級，采用一種允許不同的指令執行單元以重疊方式進行多重迭代的方法，將機器指令列入進程表，其中在各連續迭代的初始點之間有選定環初始時間間隔。當迭代i第一級結束進入第二級時，下一個迭代i+1第一級開始執行。這樣，迭代i+1的第一級指令與迭代i的第二級指令同時執行。

在這樣的軟件管道環中，每一時刻通常存在某一個環的部分完成態下的多個迭代。因而，該環內每個計算值可能有多個活拷貝。為區分這些值并相對于當前迭代對其進行識別，寄存器內存放的每個值的名稱需要在環執行期間的各個確定時刻進行變更。這些更名點對編譯器已知，編譯器還確定每條指令內所需的寄存器名，以便根據計算每個值的迭代訪問該值。

就每條匯編碼指令內的寄存器標識符而言，寄存器內存放的值的名稱對程序或編譯器已知。靜態寄存器的重命名是為了確定一種方案，以使得這些寄存器的標識符可以在程序運行期間，基于程序或編譯器可預知的某種轉換方案轉換為實際的寄存器編號。

例如，若給迭代1所用寄存器r1賦值x，一種典型的重命名方案是使該值也可用于迭代2所用寄存器r2和迭代3所用寄存器r3，依此類推。編譯器或程序負責采用一種能保證環正常運行的方式給每個值分配寄存器標識符。

在軟件管道環中，通常會有需要在管道中不同指令間相互聯系的環變量值，即需要在環的每個不同迭代中重新計算的表達式。為處理這樣的環變量值，可以將它們存放在所謂的循環寄存器文檔中。在這種情況下，給每個環變量值在循環寄存器文檔內分配一個邏輯寄存器編號，此邏輯寄存器編號在不同的迭代中保持不變。在循環寄存器文檔內，每個邏輯寄存器編號被映象到該寄存器文檔內的一個物理寄存器上，每當開始進行一個新迭代，即每當管道邊界關閉的時候，這種映象就循環一次。這樣，不同迭代中的相關指令都可引用同一個邏輯寄存器編號，使編譯過的指令簡單，同時避免一個迭代得出的值被隨后執行的其它迭代指令重寫。

若采用這種寄存器重命名方案，那么在處理器執行指令前，對于軟件管道環中的每一次寄存器訪問，首先必需進行寄存器映象處理將寄存器標識符轉換成實際的寄存器編號。該映象過程在程序運行期間完成，從而在對速度，要求很高的活動中，對處理器提出了額外的時間要求。因此希望映象過程所花的時間盡可能短。

在我們共同提交待批的英國專利申請No.0004582.3中，介紹了能夠進行這種映象的映象電路。該映象電路接收邏輯寄存器編號作為輸入值，在預先選定的允許值范圍內產生輸出值，來表示實際的物理寄存器編號。該電路同時產生兩個備選輸出值，第一個備選輸出值與收到的輸入值相差第一偏量值，第二個備選輸出值與收到的輸入值相差第二偏量值。對于預先選定的允許輸入值范圍內的任一輸入值，第一個與第二個備選輸出值中有一個位于預先選定的輸出值范圍內，而另一個則超出了該范圍。該電路確定哪一個備選輸出值位于預先選定的輸出值范圍內，并選定其作為最后的輸出值。位于范圍內的備選輸出值的確定也與第一及第二備選輸出值本身的產生同時進行。盡管該映象電路在大多數實際應用中運行得相當快，人們仍然希望設計出映象進行得更快的寄存器文檔電路。

發明內容

根據本發明的第一方面，寄存器文檔電路包括：多個物理寄存器；分別對應于物理寄存器的多個標記存儲部分，其中每一個部分存放表示一個邏輯寄存器標識符(ID)的標記，該標識符被分配給相對應的物理寄存器；寄存器選擇裝置，用于接收邏輯寄存器ID并選擇所述標記與收到的邏輯寄存器ID相匹配的那一個物理寄存器；以及標記變更裝置，可通過將至少一個標記存儲部分存放的標記轉移到另一個所述標記存儲部分，變更所存放的標記，從而改變所述物理寄存器之一與至少一個邏輯寄存器ID之間的映象關系。