[其他]在流水線數據處理系統中對被陷微地址重新排隊的方法和裝置

無效

• 申請號: 87102174
• 申請日: 1987-01-29
• 公開（公告）號: CN87102174A
• 公開（公告）日: 1987-09-09
• 發明（設計）人: 道格拉斯·W·克拉克;薩丁德拉·N·米什拉
• 申請（專利權）人: 數字設備公司
• 主分類號: G06F13/36
• 分類號: G06F13/36
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 匡少波

本發明總的來說涉及數據處理系統，特別是涉及用于實現流水線和微編程數據處理系統的裝置和方法。該裝置和方法使當前執行的微指令序列中斷并去執行一個具有較高優先權的程序，然后，返回到該中斷時正在執行的程序序列。

參看圖1，圖中示出了一種典型的數據處理系統。數據處理系統包括至少一個中央處理機或子系統10（或11）、至少一個輸入/輸出裝置或子系統13（或14）、主存貯器或子系統15和用于連接多個裝置或子系統的系統總線19。根據存貯在軟件或固件中的程序指令序列，中央處理機處理成徂的邏輯信號。邏輯信號組一般存貯在存貯器中，程序本身通常也存貯在存貯器中。輸入/輸出裝置在該數據處理系統和需要連接到該數據處理系統的終端設備、大容量存貯器、通訊設備以及其它裝置之間提供接口。為了使數據處理系統初始化、控制測試和診斷程序並在該系統運行之后用作一個終端設備，可以把一個操作臺裝置連接到中央處理機。通過在數據處理系統的子系統之間進行連接所提供的系統總線提供了一種用于改變該數據處理系統配置以適應各種處理需要的方便的技術手段。

在如圖1中所示的數據處理系統中，對數據信號徂的實際處理是在通常稱為一個程序的一徂相關指令的控制下發生的。這些指令是按順序被執行的。下面參看圖2a，圖中示出了根據相關技術對一系列指令的執行情況。在第一個時間間隔T₀期間，由中央處理機子系統執行指令1。在第一個指令執行以后，在該序列中的下一指令2由中央處理機子系統在第二個時間間隔T₀期間執行。指令2一完成，數據處理機就在時間間隔T₀期間處理指令3。為了保持順序地執行指令，用于由該數據處理機執行任何指令的間隔需要有一個予定的時間周期。如果用于一個指令的執行時間可以具有可變的長度，那末在中央處理機中必需包括復雜的裝置，以便配合在中央處理機和該數據處理系統的其它子系統之間的數據信號徂的交換。因此，用于執行三個指令的周期一般為基準時間周期的三倍。可以清楚地看出，基準時間間隔必須具有足夠的持續時間，以便能夠執行指令系統中最長的指令。

為了使數據處理系統能更快地運行，已經發明了一種技術用于把對一個指令的執行分成對多個指令段的執行，通過以適當方式配置執行這些段的裝置，可以以一種重疊方式實現對指令的執行。這種技術稱為指令系統的“流水線”執行。盡管執行每一個流水線指令所占用的時間周期長于執行一個非流水線指令的時間周期，但由于具有把一個指令分成指令段所需要的附加裝置，所以，一個指令流還是能以比未分段指令所可能的更快的速度被執行。在圖2b中示出了把一個指令分成多個段的情況。可以理解每個段都涉及在中央處理機中一個分隔的和單獨操作的成分組。根據在數據處理系統設計中眾所周知的方法，寄存器和門電路把執行一個特定段的成分組的操作分隔開。用于每個段的子間隔t₀心需具有足夠的時間周期，以便能夠執行每個裝置組中的所有可能的段。

下面參看圖2c，圖中示出了可以通過利用流水線技術對一個序列的指令執行中最后得到的速度上的提高。現在，指令1在等于n個時間t₀的新的（可能較長的）時間周期T₀′中完成了。其中，t₀是用于執行每個指令段所需要的子間隔，n是用于執行每個指令所需的指令段的數量。在該序列中的下一指令-指令2從指令1開始后的一個間隔t₀開始。在該序列中的第2個指令-指令3再從其后的一個間隔開始。每一個指令都可能占用一個用于執行該指令的時間增量。但是，一旦用于完成第一個指令的那個最初間隔過去，則每個間隔t₀之后都完成一個指令。因此，對于一個指令序列來說，即使執行單個指令占用的時間可能增加，但執行該序列卻可以加速。

下面參看圖3，圖中示出了用于對一個指令序列實現流水線執行的中央處理機的配置。該中央處理機分成指令子單元31、相關的控制器32、執行子單元33和隱含（或機內）存貯器子單元34。隱含存貯器子單元34連接到系統總線19上，並且在控制器32的控制下通過系統總線與數據處理系統的其它子系統交換邏輯信號組。執行子單元再在控制器32的控制下實現對由正被執行的指令所確定的數據信號組的處理。指令子單元31接收要執行的指令，並以一種可以用來控制中央處理機10的操作的方式對指令重排格式。該重排格式的指令或至少是其中的區段加到控制器32上，從而構成數據處理機10的邏輯單元的配置，以便執行由該指令確定的操作。