[其他]微處理器芯片上的堆棧式超高速緩沖存儲器

無效

• 申請號: 87100507
• 申請日: 1987-01-26
• 公開（公告）號: CN87100507A
• 公開（公告）日: 1987-11-25
• 發明（設計）人: 格倫福德·J·邁爾斯;康拉德·黎;邁克爾·T·艾梅爾;格倫·欣頓;羅伯特·里奇斯
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: G06F15/06
• 分類號: G06F15/06
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 奚漢民,吳秉芬

本發明涉及數據處理系統，更確切地說是關于在執行調用/返回指令期間，用以使對主存儲器初始訪問減至最小的裝置。

超大規模集成電路工藝及其設計技術的迅速進步，已經能使微型機接近超小型計算機的性能。由于處理器速度的提高，處理器與片外主存儲器通信量的增加，在性能上導致了阻塞問題的發生。在現有系統中，這種阻塞問題是運用局部的片內存儲器（稱為超高速緩沖存儲器）來貯存頻繁使用的存貯器數據而得以減小的。如果處理器所需數據貯存在超高速緩沖存儲器內，則因為數據可直接從超高速緩沖存儲器中取出來，從而可避免訪問片外存儲器。如果超高速緩沖存儲器的設計能擴展到包含某些取出指令，則還可以進一步減少存儲器內的通信量。例如，如果有關調用和返回操作指令的信息能夠局部地在芯片上得到，則無需訪問片外存儲器，就可以執行調用和返回操作指令。存儲器總線通信量的減少，其結果也會減少裝入或貯存指令必須等待存儲器總線的可能性。

本發明的目的在于提供一種裝置，以便使在執行調用/返回指令期間發生的對主存儲器的訪問減少到最小的程度。

簡而言之，根據本發明，上述目的是通過在微處理器芯片上提供一種多元全局寄存器來實現的。該全局寄存器之一是一個裝有當前幀指示字的幀指示字寄存器。其余全局寄存器則作為通用寄存器供現行處理過程使用。堆棧幀式超高速緩沖存儲器的結構，包含一個由多元寄存器組成的寄存器組組合，其中每一個寄存器組則由一些芯片上的寄存器組成。當一個調用指令被譯碼時，寄存器組組合中的一個寄存器組被分配給所調用的程序，并且幀指示字寄存器被初始化;而當返回指令被譯碼時，該寄存器組則被釋放，以便供給由后來的調用指令所調用的另一個程序使用。如果寄存器組組合全部用完，寄存器組中與前一個程序有關的寄存內容被貯存到主存儲器中，而相應的寄存器組被分配給現行的程序。

按照本發明的目標，與程序有關的寄存器組中的局部寄存器內含有包括一個關于前一幀的指示字和一個指令指示字的連接信息，于是，對片外貯存器無需任何訪問就能執行大多數的調用和返回操作指令。

本發明優越性在于，當子程序邊界交叉時，以往那些必須做的對寄存器貯存和恢復工作可大大減少。

本發明的優越性還在于，由于局部寄存器組被映入堆棧幀中，通常出現在堆棧幀中的連接信息（如關于前一幀的指示字，所保存的指令指示字）被裝入局部寄存器之內。這就意味著，在執行大多數調用和返回指令時，不會引起對片外存儲器任何訪問。

本發明上述及其它目的、特點、優點，從下面如附圖所示的那些本發明最佳實施例的更具體描述中，將會更加明白。

圖1是功能性框圖，用以說明本發明所包括的微處理器的各個主要單元;

圖2是在圖1所示的系統中執行一條指令時的熱行環境框圖;

圖3是堆棧幀結構圖，堆棧幀在圖2所示執行環境的現行線地址空間中;

圖4是調用堆棧結構圖，調用堆棧結構圖在圖2所示執行環境的現行線性地址空間中;

圖5是微處理器寄存器組在存儲器程序堆棧中的映象說明。

參見附圖1，微處理器在邏輯上可以細分成七個主要單元：指令取出單元（10），指令譯碼器（12），微指令序列發生器（14），轉換后備緩沖器（18），浮點單元（22），局部總線序列發生器（20），和整數執行單元（24）。

所有這些單元之間的通信通道包括32位的數據總線、29位微指令總線（26）和微指令有效信號（28）。這指令總線控制各獨立單元的活動且使它們同步。各個單元簡要敘述如下。

指令譯碼器（ID）對指令（宏代碼）進行譯碼并控制其執行。ID對指令進行譯碼，完成操作數尋址和取出，處理轉移指令（即指令指示字的操作），并且發出執行微指令（對簡單指令）或者啟動微程序（對復雜指令）。

取指令單元（IFU）從存儲器中取、預取及超高速緩存指令以便供ID使用。IFU還能保持六個指令指示字，這些指示字可跟蹤那些通過流水線的指令。IFU超高速緩存最新用到的指令塊，并保持指令譯碼器由指令流來供給。它還含有指令指示字和操作數，從而減少ID的邏輯控制。

微指令序列發生器（MIS）對微代碼流定序，以便處理芯片初始化，微指令（由于太復雜而不能直接處理）、以及異常和中斷情況。

MIS中裝有3K的42位微代碼只讀存儲器（ROM）和關于微代碼流的定序邏輯。MIS實現的功能包括：取出下一個微指令，微程序的轉移，處理異常情況，維持寄存器堆上的標記以及和ID一起，測試微指令邊界和跟蹤偶然事件。