[其他]縮減指令集的計(jì)算機(jī)中字節(jié)傳送的方法和裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86103694
• 申請(qǐng)日: 1986-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN86103694A
• 公開（公告）日: 1986-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾倫·J·鮑姆;威廉·R·布里格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 惠普公司
• 主分類號(hào): G06F9/30
• 分類號(hào): G06F9/30
• 代理公司: 中國(guó)專利代理有限公司
• 代理人: 匡長(zhǎng)波,黃向陽

在現(xiàn)有技術(shù)中，帶有微程序設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，其控制部分通常由一個(gè)獨(dú)立的只讀存貯器來提供。當(dāng)開始執(zhí)行一條程序指令時(shí)，控制器將產(chǎn)生由指令的功能碼或操作碼導(dǎo)出的地址，并把它送入只讀存貯器。這個(gè)地址是控制信號(hào)中一系列字的首地址，這些控制信號(hào)使計(jì)算機(jī)執(zhí)行這條正在處理的特定指令。實(shí)際上，每條指令都轉(zhuǎn)換成一個(gè)與它有關(guān)的微子程序，因此，機(jī)器單步操作的結(jié)果就相當(dāng)于按照非常細(xì)致的層次執(zhí)行了一段程序。

現(xiàn)有技術(shù)中的這類計(jì)算機(jī)，其程序指令通常包含一個(gè)操作碼，即opcode，與之并存的還有一個(gè)與操作數(shù)位置有關(guān)的信息，這里的操作數(shù)即為要處理的數(shù)據(jù)。這些操作數(shù)有時(shí)還具有附加的操作信息。程序指令有長(zhǎng)有短，其長(zhǎng)度取決于所含數(shù)據(jù)的多少。操作碼通常表示要執(zhí)行的操作。一旦操作碼的長(zhǎng)度確定下來，就可以得到不同的操作碼和相應(yīng)程序指令的唯一的某種固定集合。從理論上來講可以用一定數(shù)量的位數(shù)，即這個(gè)固定集合中的操作碼，來表示所有的操作碼，但并不是所有的操作碼都用于表征具有微程序資源計(jì)算機(jī)的程序指令，通常，只使用其中的一部分，或一個(gè)子集，這樣，程序設(shè)計(jì)的效率就降低了。

同樣，在現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)的內(nèi)存是硬件的最大開銷。因此，提高硬件速度，縮小體積的關(guān)鍵在于有效使用存貯器。定長(zhǎng)指令的計(jì)算機(jī)要求每個(gè)指令碼有相同的位數(shù)，而不管所執(zhí)行的操作是簡(jiǎn)單還是復(fù)雜。例如，那些簡(jiǎn)單操作的指令會(huì)有許多位閑而無用，而另外許多復(fù)雜操作指令卻因指令長(zhǎng)度受到限制而不得不使用多條指令，從而造成浪費(fèi)。因此，就需要設(shè)計(jì)一種計(jì)算機(jī)，它的指令能夠最有效地滿足所有要求。

為了增加現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算機(jī)微程序設(shè)計(jì)的效率，將引入并使用最佳編譯程序的概念。它包括兩方面內(nèi)容：（1）在一個(gè)大的虛擬地址空間內(nèi)盡量不妨礙將程序設(shè)計(jì)語言編譯成微指令。（2）在工藝允許的情況下，使指令周期盡可能短。帶有這種最優(yōu)編譯程序的計(jì)算機(jī)比現(xiàn)有技術(shù)的計(jì)算機(jī)指令少，同時(shí)這些較少的指令確實(shí)簡(jiǎn)單，通常可在一個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行。可稱這樣的計(jì)算機(jī)為縮減指令集計(jì)算機(jī)（RISCs）。RISCs機(jī)器中屬于縮減指令集的并以一種新穎的方法提高效率的指令已經(jīng)發(fā)明，并將在本文中敘述。

具體來講，計(jì)算機(jī)最普通的操作是將一串字節(jié)或字從內(nèi)存的一處傳送到另一處。因?yàn)檫@個(gè)操作出現(xiàn)頻繁，因此提高它的效率是重要的。但是，由于操作的確切方式不同，固定長(zhǎng)度與可變長(zhǎng)度，固定地址與可變地址不同，以及長(zhǎng)度和校準(zhǔn)不同，因此尋找一個(gè)有效執(zhí)行這個(gè)操作的統(tǒng)一的模式是困難的，即使實(shí)際上它們出現(xiàn)的頻率幾乎不變。

在現(xiàn)有技術(shù)中，一種解決方法是規(guī)定一條或二條將字節(jié)從源地址移至目標(biāo)地址的指令，但是可用的選擇非常有限，操作數(shù)規(guī)格的選擇也很有限。由于不得不確定若干個(gè)地址和長(zhǎng)度，所以這些指令非常多。這些指令的執(zhí)行需要幾個(gè)周期，并且需要各種各樣的微碼來控制。因?yàn)閳?zhí)行時(shí)間長(zhǎng)，所以這些操作由于輸入/輸出（I/O）中斷而封鎖的問題會(huì)經(jīng)常發(fā)生。因此，這些操作更要求是可中斷的和/或可重新啟動(dòng)的。顯然，這個(gè)要求增加了指令的復(fù)雜性。

此外，由于執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)，虛擬內(nèi)存系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)類似的問題。只是在那里，頁面錯(cuò)誤的問題代替了中斷的問題。為了解決這些問題，我們使用必要的控制，這樣就增加了硬件的成本和復(fù)雜性。

總之，為優(yōu)化執(zhí)行這樣的操作，在數(shù)據(jù)路經(jīng)和控制部分引入額外的復(fù)雜性是不可避免的。即使只優(yōu)化那些最常使用的操作也是如此。換一種辦法，使用一個(gè)非硬件支持的方法也可以解決這些問題，但是在這種情況下，操作將會(huì)導(dǎo)致一個(gè)很長(zhǎng)的、不能接受的執(zhí)行時(shí)間。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，一條傳送一串字節(jié)的基本指令已被發(fā)明用來解決這些問題。由于指令中的操作是基本的，所以只需要很少的變動(dòng)，就可適應(yīng)不同的長(zhǎng)度和變量。對(duì)應(yīng)這些操作的指令被放入一個(gè)代碼序列，因此編譯程序可以準(zhǔn)確地產(chǎn)生一個(gè)最短的序列來執(zhí)行這些操作，并能在編譯時(shí)預(yù)先計(jì)算許多操作數(shù)，優(yōu)化操作所必須的控制是在編譯程序中而不是硬件，這樣，避免了上面列舉的用硬件方式解決的缺點(diǎn)。作為所有這些因素的結(jié)果，指令在一個(gè)周期內(nèi)完成操作。換言之，另一指令可在前一指令周期內(nèi)啟動(dòng)，而無任何阻礙或“封鎖”。

圖1所示為一指令的格式，這條指令作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。

圖2為根據(jù)發(fā)明執(zhí)行指令的裝置圖。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，指令的操作是通過一個(gè)代碼序列產(chǎn)生的。因此，不需要特殊的控制來處理輸入/輸出中斷或頁面錯(cuò)誤。字節(jié)傳送的基本指令只需要在其他操作所必須的硬件上加極少的硬件，對(duì)于多數(shù)的運(yùn)算它的運(yùn)行速度將與那些由硬件支持的指令一樣快，或者更快。