[發明專利]將長位寬操作數指令轉換為短位寬操作數指令的方法

有效

• 申請號: 201810195510.7
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108304217B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 馮煜晶;張軍;張立新;侯銳
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;李科

提供了一種用于將原始的長位寬操作數指令轉換為短位寬操作數指令的方法，其中，所述長位寬操作數指令包括用于指定至少兩個寄存器的至少兩個字段，所述至少兩個寄存器中的每一個能夠存儲一個長位寬源操作數，所述方法包括：從所述至少兩個字段中選擇第一字段；使用所述第一字段指定用于存儲兩個短位寬源操作數的一個寄存器，其中，所述兩個短位寬源操作數分別存儲于該寄存器的高半部分和低半部分；以及，在指令中指定所述短位寬源操作數的位寬，該位寬小于所述長位寬源操作數的位寬。還提供了用于執行該短位寬操作數指令的方法。

技術領域

本發明涉及微處理器體系結構技術領域，更具體地，本發明涉及將原始的長位寬操作數指令轉換為短位寬操作數指令的方法以及執行該短位寬操作數指令的方法。

背景技術

對于目前主流的微處理器，一般都在架構手冊當中規定了程序員可見的寄存器種類和數量。比如Power指令架構當中規定，程序員可見的通用寄存器包括：32個64位的定點寄存器，32個64位的浮點寄存器，還有32個128位的向量寄存器。針對super-scalar的架構設計，在微體系結構的實現層面，通常還會使用寄存器重命名技術，比如在Power的例子當中，針對定點寄存器有專門的定點寄存器重命名部件以及相關的物理寄存器堆；針對浮點寄存器也有專門的浮點/向量物理寄存器堆和重命名。大部分情況下，無論是商用處理器架構手冊還是實際的實現，都是針對寄存器全位寬(full register width)的操作數進行操作，即使很多情況下指令中參與運算的源操作數位數不足64位(可能只是32位或者16位的寬度)，寄存器的高位字段也都會被作為符號位，這就導致寄存器中出現大量的無用的符號位。

如果設計當中使用了寄存器重命名技術，那么就意味著物理寄存器是否能充足供應決定了這個處理器超前執行(speculation)能力的強弱。如果物理寄存器的個數足夠多，流水線不會因為物理寄存器的短缺而發生停頓；但是，從整個處理器的能量分布來看，物理寄存器堆所消耗的功耗占比很大，并且占用的面積也大，所以物理寄存器的大小和功耗在實現當中常常需要進行權衡。這就會導致實際使用時物理寄存器的個數不足，流水線因為物理寄存器的短缺而發生停頓。

另一方面，已經有研究人員發現在處理器當中實際上存在著很多中間數據，它們都不是全位寬的，高位段當中包含了太多連續無用的符號位。而目前處理器當中并未對這一問題作出很好的優化。

現有技術中，通常是針對全位寬進行操作，不會考慮實際上操作數的位數。有的處理器中，提供了針對計算結果進行寄存器共享(即把多個結果寫入到同一個寄存器當中)的方案，但該方案需要針對指令運算結果的位寬進行預測，導致需要增加額外的預測部件。

因此，當前迫切需要一種能夠使處理器在處理短位寬操作數時提高其內部寄存器及其它資源利用率的解決方案。

發明內容

由于指令中有很大一部分不僅源操作數是短寬度的，而且產生的結果也是短寬度的，因此發明人利用這個特點，提出這樣的技術方案：針對短寬度的操作數，把兩個源操作數分別放入到一個寄存器的高位字段和低位字段。這樣做能夠帶來如下好處：

(1)如果指令是針對兩個源寄存器進行操作，那么操作碼當中原本用于指定第二個源操作數寄存器的字段可以空閑出來，一部分可以用于指定操作數的位寬，一部分可以用于指令操作碼的擴展；

(2)提高了邏輯寄存器和物理寄存器的利用率，原本2個源操作數需要占用2個獨立的物理寄存器，但是現在面向短位寬操作數時，2個源操作數可以共享同一個物理寄存器。一方面，在總寄存器數不變的前提下，變相增加邏輯寄存器和物理寄存器的可用數量，即利用率，這樣對性能有好處。