[發(fā)明專(zhuān)利]一種堆棧計(jì)算機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910553732.6
• 申請(qǐng)日: 2019-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112130899A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 關(guān)寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 海寧先進(jìn)半導(dǎo)體與智能技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F9/30
• 分類(lèi)號(hào): G06F9/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種堆棧計(jì)算機(jī)，包括內(nèi)部控制狀態(tài)機(jī)（state）、程序計(jì)數(shù)寄存器（pc、npc_low、pc_hold、fetch_next）、棧指針寄存器（sp）、指令緩存寄存器（text、ins）、棧頂緩存寄存器（tos、tos_valid）、總線地址寄存器（addr）、總線數(shù)據(jù)寄存器（data），指令譯碼單元（skip_store、decode）、算術(shù)邏輯單元（alu）以及外部總線接口（bus）。

2.如狀態(tài)要求1所述的計(jì)算機(jī)，其中：狀態(tài)控制器包括取指空閑（IDLE）、指令讀出（FETCH）、指令譯碼（DECODE）、指令執(zhí)行（EXECUTE）、地址生成（ADDR）、數(shù)據(jù)讀出（LOAD）、數(shù)據(jù)生成（DATA）、數(shù)據(jù)寫(xiě)入（STORE）等8個(gè)狀態(tài)。

3.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其中：程序計(jì)數(shù)寄存器的低位部分具有不向高位進(jìn)位的自增功能，并在指令譯碼（DECODE）狀態(tài)時(shí)儲(chǔ)存自增結(jié)果到臨時(shí)寄存器（npc_low），該臨時(shí)寄存器和原來(lái)程序計(jì)數(shù)寄存器的高位共同構(gòu)成指向下一條待執(zhí)行指令的新程序計(jì)數(shù)器（npc），但新程序計(jì)數(shù)器只有在程序計(jì)數(shù)寄存器低位部分不全為1且當(dāng)前指令不是流程控制指令時(shí)才有效，可以在指令執(zhí)行（EXECUTE）狀態(tài)時(shí)加載到程序計(jì)數(shù)寄存器。

4.如權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)，其中：如果程序計(jì)數(shù)寄存器低位部分全為1且當(dāng)前指令不是流程控制指令時(shí)，則在指令執(zhí)行（EXECUTE）狀態(tài)時(shí)設(shè)置標(biāo)志位（fetch_next），讓狀態(tài)控制器在數(shù)據(jù)寫(xiě)入（STORE）狀態(tài)結(jié)束時(shí)跳轉(zhuǎn)到取指空閑（IDLE）而不是指令譯碼（DECODE），并讓程序計(jì)數(shù)寄存器在取指空閑（IDLE）狀態(tài)時(shí)加載算術(shù)邏輯單元的輸出。

5.如權(quán)利要求4所述的的計(jì)算機(jī)，其中：標(biāo)志位（fetch_next）在狀態(tài)控制器處于取指空閑（IDLE）時(shí)清零。

6.如權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)，其中：如果當(dāng)前指令是流程控制指令，則當(dāng)狀態(tài)控制器處于數(shù)據(jù)寫(xiě)入（STORE）狀態(tài)時(shí)，讓程序計(jì)數(shù)寄存器加載算術(shù)邏輯單元的輸出，讓狀態(tài)控制器在數(shù)據(jù)寫(xiě)入（STORE）狀態(tài)結(jié)束時(shí)跳轉(zhuǎn)到取指空閑（IDLE）而不是指令譯碼（DECODE），并設(shè)置標(biāo)志位（pc_hold）使程序計(jì)數(shù)寄存器在取指空閑（IDLE）狀態(tài)時(shí)不再改變。

7.如權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)，其中：標(biāo)志位（pc_hold）在狀態(tài)控制器處于取指空閑（IDLE）時(shí)清零。

8.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其中：棧指針寄存器不具備自增、自減功能，而是依照當(dāng)前指令在指令執(zhí)行（EXECUTE）狀態(tài)加載算術(shù)邏輯單元輸出、加載棧頂緩存寄存器或外部總線數(shù)據(jù)，如果當(dāng)前指令需要執(zhí)行兩次出棧操作，則在數(shù)據(jù)讀取（LOAD）狀態(tài)下再加載一次算術(shù)邏輯單元輸出。

9.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其中：指令緩存寄存器（text）緩存了與總線位寬相等的操作指令，并使用程序計(jì)數(shù)寄存器的低位部分選擇當(dāng)前指令（ins）送到指令譯碼單元。

10.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其中：棧頂緩存寄存器（tos）緩存了棧頂操作數(shù)，并通過(guò)標(biāo)志位（tos_valid）表示棧頂緩存寄存器中的內(nèi)容是否有效，如當(dāng)前指令直接設(shè)置了棧指針寄存器或僅執(zhí)行了出棧操作，則在指令執(zhí)行（EXECUTE）狀態(tài)將該標(biāo)志位置0，反之將將該標(biāo)志位置1。

11.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)，其中：如棧頂緩存標(biāo)志位（tos_valid）無(wú)效，則棧頂緩存寄存器在指令執(zhí)行（EXECUTE）狀態(tài)加載外部總線數(shù)據(jù)，反之則在數(shù)據(jù)寫(xiě)入（STORE）狀態(tài)加載總線數(shù)據(jù)寄存器，以確保棧頂緩存寄存器的內(nèi)容與內(nèi)存中的棧頂匹配。