[發(fā)明專利]具有可重新組構(gòu)的浮點(diǎn)單元的處理器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200880012791.2
• 申請(qǐng)日: 2008-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN101802779A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·艾哈邁德;K·D·戈維亞斯;M·克拉克;J·伊利克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 先進(jìn)微裝置公司
• 主分類號(hào): G06F9/30
• 分類號(hào): G06F9/30;G06F9/302
• 代理公司: 北京戈程知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上系關(guān)于處理器，且更具體地說，系關(guān)于具有可重新 組構(gòu)的浮點(diǎn)單元(reconfigurable?floating?point?unit)的處理器。

背景技術(shù)

眾所皆知的，浮點(diǎn)單元(floating?point?unit，F(xiàn)PU)系為特別被設(shè)計(jì)來 執(zhí)行浮點(diǎn)數(shù)字上的運(yùn)算(operation)的處理器系統(tǒng)的一部份。典型的浮點(diǎn) 運(yùn)算包括加法、減法、乘法、除法和平方根。一些處理器系統(tǒng)也可執(zhí) 行許多非代數(shù)的(transcendental)功能，例如指數(shù)的或三角學(xué)的計(jì)算，盡 管在多數(shù)的現(xiàn)代處理器里，這些是以軟件例程庫來做的。在多數(shù)現(xiàn)代 一般用途的計(jì)算機(jī)架構(gòu)中，F(xiàn)PU包括多重執(zhí)行單元。在這些架構(gòu)中， 浮點(diǎn)運(yùn)算通常是獨(dú)立于整數(shù)運(yùn)算而被執(zhí)行且一般是管線化處理 (pipeline)。FPU的執(zhí)行單元可被專門化地分成較簡(jiǎn)單的運(yùn)算(例如加法 和乘法)與更復(fù)雜的運(yùn)算(例如除法)。在一些情況中，只有簡(jiǎn)單的運(yùn)算 是用硬件來完成的，而更復(fù)雜的運(yùn)算是用仿真的。

眾所皆知的，指令集定義處理器可執(zhí)行的指令。指令包括算數(shù)指 令(例如加法與減法)、邏輯指令(例如，AND、OR與NOT指令)、與數(shù) 據(jù)指令(例如，移動(dòng)、輸入、輸出、加載、與儲(chǔ)存指令)。指令集或指令 集架構(gòu)(ISA)是處理器架構(gòu)有關(guān)程序設(shè)計(jì)的一部份，包括原始(native)數(shù) 據(jù)型式、指令、緩存器、尋址模式、存儲(chǔ)器架構(gòu)、中斷和異常處置、 與外部輸入/輸出(I/O)。ISA包括運(yùn)算碼(operational?code，opcode)的集合 的說明，也就是由特別的中央處理單元(CPU)架構(gòu)執(zhí)行的原始命令。眾 所皆知的，運(yùn)算碼是可指定要被執(zhí)行的運(yùn)算的機(jī)器語言指令的一部份。 完整的機(jī)器語言指令包括運(yùn)算碼與通常指定一個(gè)或多個(gè)操作數(shù)，也就 是，要在上面執(zhí)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)。運(yùn)算碼運(yùn)算的操作數(shù)可依據(jù)CPU架構(gòu) 而包含緩存器、存儲(chǔ)器里的數(shù)值、儲(chǔ)存在堆棧里的數(shù)值、I/O端口、數(shù) 據(jù)總線等等。

眾所皆知的，有不同微架構(gòu)的計(jì)算機(jī)可分享一般的指令集。舉例 來說，來自不同制造商的處理器可執(zhí)行幾乎相同的指令集版本，例如 x86指令集，但是本質(zhì)上是不同的內(nèi)部設(shè)計(jì)。典型的復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī) (complex?instruction?set?computer，CISC)有將一個(gè)或兩個(gè)基本運(yùn)算(如 「加法」和「乘法」)結(jié)合到固有的指令的指令以存取存儲(chǔ)器、根據(jù)使 用來增加緩存器、或解參考(de-reference)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器或緩存器的位 置。精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(reduced?instruction-set?computer，RISC)犧牲較簡(jiǎn) 單與較快指令集的執(zhí)行而換得較低的碼密度(也就是執(zhí)行給定的任務(wù)要 更多程序存儲(chǔ)器空間)。RISC指令典型上只執(zhí)行單一固有的運(yùn)算，例如 兩個(gè)緩存器的「加法」或「加載」一個(gè)存儲(chǔ)器位置到一個(gè)緩存器里。

許多不同的指令集已經(jīng)被使用在x86型式處理器好幾年了。舉例 來說，矩陣數(shù)學(xué)延伸(matrix?math?extension，MMX)指令集是在1997年 被引進(jìn)。一般來說，雖然MMX被設(shè)計(jì)來再利用先前CPU設(shè)計(jì)的現(xiàn)存 浮點(diǎn)緩存器，但是正在執(zhí)行MMX指令的CPU不能同時(shí)運(yùn)作浮點(diǎn)與單 指令多數(shù)據(jù)(single-instruction?multiple-data，SIMD)型式的數(shù)據(jù)。此外， MMX指令集只被設(shè)計(jì)來運(yùn)作整數(shù)。數(shù)據(jù)流SIMD延伸(streaming?SIMD extension，SSE)指令集是在1999年被引進(jìn)來增加MMX指令集的功能。 SSE指令集加入八個(gè)參照到XMM0到XMM7的新的128位緩存器。 每個(gè)128位緩存器可被四個(gè)32位單精度浮點(diǎn)數(shù)一起塞入。在SSE指令 集中，128位緩存器在操作系統(tǒng)明確地激活它們且是操作系統(tǒng)需要維持 在那邊的任務(wù)交換的附加程序狀態(tài)之前是被預(yù)設(shè)不可用的。因?yàn)轭~外 的支持浮點(diǎn)，所以SSE指令集(與SSE指令集的較新版本)比MMX指 令集更廣為被使用。