可变流水线级数的数据处理装置制造方法及图纸

数据处理装置设置有对指令进行流水线处理的处理装置和切换处理装置的流水线级数的切换装置；流水线处理的流水线级数可变为ｎ级比ｎ大的ｍ级，流水线处理是以ｎ级或ｍ级中某一级数对指令作流水线处理；切换装置在指定为处于第１动作环境情况下使处理装置按ｎ级执行，在指定为处于第２动作环境情况下使处理装置按ｍ级执行。根据提供给数据处理装置的动作时钟的频率和电源电压之任一种区分处于所述第１还是第２动作环境。从而，能够提供一种根据用途无论是在使用高速时钟还是使用低速时钟都能发挥良好的处理能力的成本性能优越的数据处理装置。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据存储器中的指令对数据进行流水线处理的数据处理装置。随着近年来电子技术的发展，普及了以微计算机为首的信息处理装置，并应用于所有的领域。原来的信息处理装置大体可以分为以指令种类丰富为特征的CISC(ComplexInstruction Set Computer)型和限定指令种类的以高速度为特征的RISC(ReducedInstruction Set Computer)型，例如前者有TRON和MC68040等，后者有SPARC和MIPS等。这些装置都采取流水线结构，以期缩短常见指令的执行时间。所谓流水线是至少把指令的处理分为读出、译码、执行步骤，并且并列地执行这些步骤。附图说明图1是构成原来的信息处理装置的数据处理装置的方框图。在该图中，数据处理装置7具有指令取出电路71、指令译码电路72和指令执行电路73。其中指令取出电路71在指令取出级(下称IF级)动作，从存储器(图外)读出指令；指令译码电路72在指令译码级(下称DEC级)动作，对指令取出电路71所读出的指令进行译码；指令执行电路73在指令执行级(下称EX级)动作，并受指令译码电路72控制。由上述三级构成三级流水线结构。另外，指令执行电路73由存储运算操作数的寄存器731、传送从寄存器731读出的数据或存储在寄存器731内的数据的总线732a～732c、根据由总线732a和732b传送的数据进行运算的运算器733构成。对于具有上述构成的原来的数据处理装置7，用图2所示的定时来说明动作时钟的频率为50MHz(兆赫)即各级处理时间为20毫微秒的情况下的动作。指令译码电路72对指令取出电路71所读出的指令(IF级8毫微秒)进行译码(DEC级10毫微秒)，并由指令执行电路73执行(EX级19毫微秒)。EX级的详细情况是从寄存器731读出由指令指示的操作数数据(5毫微秒)，经总线732a和总线732b输入到运算器733，由运算器733进行运算，并把运算结果经总线732c存储到寄存器731中(14毫微秒)，该运算时间表示整数乘法运算等的最长时间。可是，在采取流水线结构的信息处理装置中，要求流水线的各级处理时间要大体均等且尽可能短。在图1所示的原来的信息处理装置中，各级的处理时间出现零散，EX级的处理时间比其他级的处理时间长，结果，把动作时钟的频率的上限压低下来。这样，出现流水线级的处理时间的零散时，由具有最长处理时间的级来决定时钟的上限，就很难提高处理性能。为了使EX级的处理时间与其他级的处理时间大体均等，要求极高速的装置和并行安装，结果会提高成本和增加电耗。用图2所示的动作时序图来详细说明这个问题。因为IF级和DEC级在设备周期的前半周结束，如果只有这两级，直到100MHz都能动作。可是，EX级的处理时间为19毫微秒，占绝对优势地长，而动作时钟的上限又取决于该处理时间，从该图可知，作为一个整体，只能以低于大约50MHz的频率动作。在RISC中，通过装载高速的指令超高速缓冲存储器以及指令的单纯化使IF级和DEC级的处理时间趋于缩短，相反，由于高功能的运算器的引入使EX级的处理时间增加，这个问题就更加显著。另一方面，在CICS中，出现的其他问题是由于可变长指令的复杂化使DEC级比其他级要增大处理时间。特别是对应于近年来的多媒体化，为了用扩展处理装置实现必要的多功能的数据处理，而引入高功能的专用运算器使EX(E)级的处理时间增大，上述的问题就变得显著。鉴于这样的问题，本专利技术的目的是提供一种能够提高时钟的频率范围的上限，而且根据用途无论是在使用高速时钟还是使用低速时钟都能发挥良好的处理能力的成本性能优越的数据处理装置。为实现上述目的，本专利技术的数据处理装置设置有对指令进行流水线处理的处理装置和切换处理装置的流水线级数的切换装置。所述流水线处理的流水线级数可变为n级和通过用多级流水线处理进行上述n级中规定级的处理可变为比n级大的m级，所述流水线处理是以n级或m级的某一种级数对指令进行流水线处理。另外，所述处理装置通过将流水线锁存器选择性地插入到处理上述规定级的电路中，用多级流水线处理进行上述规定级的处理。按照这种构成，可以根据用途需要进行n级流水线处理和能够高速动作的m级流水线处理。具体地说，即使在n级流水线处理中各级的处理时间出现零散，由于在m级流水线处理时把各级的处理时间均等，所以，也能在m级流水线处理时提高动作时钟的上限，从而提高处理性能。而且，在以低速时钟就能满足的用途下，分支联锁的补偿可以利用级数少的n级流水线处理。但是，由于在处理时间长的级中不需要高速器件及并行安装，所以既可以不增大由于高速化引起的耗电，还可以实现低成本。所述切换装置也可以设置指定装置和流水线控制装置，指定装置指定供给数据处理装置的动作时钟是比规定频率高的高速时钟还是比规定频率低的低速时钟，在指定为低速时钟的情况下，流水线控制装置控制所述处理装置按n级执行，在指定为高速时钟的情况下，流水线控制装置控制所述处理装置按m级执行。按照这种构成，可以根据用户所希望的时钟频率来设定n级或m级，在需要高速处理的用途下，可以实现m级流水线处理的高速处理。所述切换装置也可以设置指定装置和流水线控制装置，指定装置指定供给数据处理装置的电源电压是比规定值高还是比规定值低，在指定为高的情况下，流水线控制装置控制所述处理装置按n级执行，在指定为低的情况下，流水线控制装置控制所述处理装置按m级执行。按照这种构成，可以根据用户所希望的电源电压来设定n级或m级，在用高电压的情况下，可以实现m级流水线处理的高速处理。另外，所述处理装置具有指令取出级、指令译码级和指令执行级等至少三级的流水线级数；所述指令取出级、指令译码级和指令执行级的至少一级能够把其处理内容分割为顺序的多个部分处理；所述处理装置也可以在进行所述n级流水线控制的情况下用一级来进行所有的部分处理，在进行所述m级流水线控制的情况下分别用一级来进行各个部分处理。按照这种构成，由于可以把处理时间长的级分割为部分级，并分割用来决定n级流水线处理的动作时钟频率的上限的处理时间，所以，能够进一步提高m级流水线处理的动作时钟频率的上限。在数据处理装置中，各个处理器分别执行各级处理，这些处理器的至少一个也可以设置多个部分处理器和多个透过保持器，所述多个处理器进行前述多个部分级中的部分处理，所述多个透过保持器设置在部分处理器和下一级的部分处理器之间，并在前述n级流水线处理情况下透过下一级输出该部分的处理结果，在前述m级流水线处理情况下保持该部分的处理结果，在下一个循环时间中输出到下一级。按照这种构成，由于把进行处理时间长的级的处理器分割为多个部分处理器和透过保持器，所以，就能够使m级流水线处理中的动作时钟频率的上限提高。各透过保持器还可以设置保持来自部分处理器的部分处理结果的流水线锁存器和选择器，在前述n级流水线处理的情况下，选择器选择该部分处理结果，在前述m级流水线处理的情况下，选择器选择流水线锁存器的输出，并输出到下一级部分处理器。按照这种构成，能够用流水线锁存器和选择器那样的简单的电路把多个部分处理器作成流水线。前述处理装置还具有在指令取出级中进行指令取出的指令取出器、在指令译码级进行所取出的指令的译码的指令译码器和指令执行器，在第1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据处理装置，设置有对指令进行流水线处理的处理装置和切换处理装置的流水线级数的切换装置；所述流水线处理的流水线级数可变为ｎ级和通过用多级流水线处理进行上述ｎ级中规定级的处理可变为比ｎ级大的ｍ级，所述流水线处理是以ｎ级或ｍ级的任一种级数对指令进行流水线处理；上述切换装置具有流水线控制装置，在电路的延迟时间变得小于时钟周期的第１动作环境情况下，将上述处理装置以ｎ级执行，在电路的延迟时间变得大于时钟周期的第２动作环境情况下，将上述处理装置以ｍ级执行。

【技术特征摘要】
JP 1996-3-29 77313/961.一种数据处理装置，设置有对指令进行流水线处理的处理装置和切换处理装置的流水线级数的切换装置；所述流水线处理的流水线级数可变为n级和通过用多级流水线处理进行上述n级中规定级的处理可变为比n级大的m级，所述流水线处理是以n级或m级的任一种级数对指令进行流水线处理；上述切换装置具有流水线控制装置，在电路的延迟时间变得小于时钟周期的第1动作环境情况下，将上述处理装置以n级执行，在电路的延迟时间变得大于时钟周期的第2动作环境情况下，将上述处理装置以m级执行。2.根据权利要求1的数据处理装置，其特征在于所述处理装置通过将流水线锁存器选择性地插入到处理上述规定级的电路中，用多级流水线处理进行上述规定级的处理。3.根据权利要求1的数据处理装置，其特征在于所述切换装置还设置有指定装置，指定供给数据处理装置的动作时钟是比规定频率高的高速时钟还是比规定频率低的低速时钟；在指定为低速时钟的情况下，上述流水线控制装置控制所述处理装置按n级执行，在指定为高速时钟的情况下，流水线控制装置控制所述处理装置按m级执行。4.根据权利要求3的数据处理装置，其特征在于所述指定装置是保持指示动作时钟是高速还是低速的标志的双稳态多谐振荡器、保持指示动作时钟是高速还是低速的数据的寄存器、输入指示动作时钟是高速还是低速的逻辑值的输入端的任一种。5.根据权利要求1的数据处理装置，其特征在于所述切换装置还设置有指定装置，指定供给数据处理装置的电源电压是比规定值高还是比规定值低；在指定为高的情况下，上述流水线控制装置控制所述处理装置按n级执行，在指定为低的情况下，流水线控制装置控制所述处理装置按m级执行。6.根据权利要求5的数据处理装置，其特征在于所述指定装置是保持指示动作时钟是高速还是低速的标志的双稳态多谐振荡器、保持指示动作时钟是高速还是低速的数据的寄存器、输入指示动作时钟是高速还是低速的逻辑值的输入端的任一种。7.根据权利要求1的数据处理装置，其特征在于所述处理装置具有指令取出级、指令译码级和指令执行级的至少三级的流水线级数；所述指令取出级、指令译码级和指令执行级的至少一级其处理内容可分割为顺序的多个部分处理；所述处理装置在进行所述n级流水线控制的情况下在一级内进行所有的部分处理，在进行所述m级流水线控制的情况下分别在一级内进行各个部分处理。8.根据权利要求7的数据处理装置，其特征在于各个处理器分别执行所述各级处理；这些处理器的至少一个设置有多个部分处理器和多个透过保持器，所述多个部分处理器进行所述多个部分级中的部分处理，所述多个透过保持器设置在部分处理器和下一级的部分处理器之间，并在所述n级流水线处理情况下透过输出该部分处理结果，在所述m级流水线处理情况下保持该部分处理结果，并输出到下一级；所述至少一个处理器在所述n级流水线处理的情况下，在1级内使多个部分处理器动作，在所述m级流水线处理的情况下，在1级内使多个部分处理器的各个动作。9.根据权利要求8的数据处理装置，其特征在于所述各透过保持器包括保持来自部分处理器的部分处理结果的流水线锁存器；和选择器，在所述n级流水线处理的情况下，选择该部分处理结果，在所述m级流水线处理的情况下，选择流水线锁存器的输出，并输出到下一级部分处理器。10.根据权利要求8的数据处理装置，其特征在于所述处理装置具有在指令取出级中进行指令取出的指令取出器、在指令译码级进行所取出的指令的译码的指令译码器；和指令执行器，在第1模式下，在1级内执行全部指令，在第2模式下，在1级内执行指令的一部分，在另1级内执行指令的其余部分；在指定为处于第1动作环境情况下，所述流水线控制装置使指令执行器按第1模式执行，以便使所述处理装置按n级执行；在指定为处于第2动作环境情况下，所述流水线控制装置使指令执行器按第2模式执行，以便使所述处理装置按m级执行；根据提供给数据处理装置的动作时钟的频率和提供给数据处理装置的电源电压之任一种来区分是处于所述第1动作环境还是处于所述第2动作环境。11.根据权利要求10的数据处理装置，其特征在于所述指令执行器具有根据在指令译码器中译码的指令执行指令内容的一部分的第1部分运算器、锁存第1部分运算器的执行结果的流水线锁存器、选择第1部分运算器的执行结果和流水线锁存器的输出的某一个的选择器和对选择器输出执行前述指令内容的其余部分的第2部分运算器；所述流水线控制器在第1动作环境下，用选择器选择前者，以便按第1模式使指令执行器动作，而且在1级内使第1部分运算器和第2部分运算器动作；在第2动作环境下，用选择器选择后者，以便按第2模式使指令执行器动作，而且在1级内使第1部分运算器动作，在下1级内使第2部分运算器动作。12.根据权利要求1的数据处理装置，其特征在于所述数据处理装置还设置有对由处理装置读出的指令中的扩展运算指令进行流水线处理的扩展处理装置，所述扩展处理装置设置扩展处理器和扩展流水线控制装置，所述扩展处理器对扩展运算指令进行流水线处理，所述流水线处理的流水线级数可变为K级和比K大的L级，所述扩展流水线控制装置跟随所述切换装置切换扩展处理器的流水线级数。13.根据权利要求12的数据处理装置，其特征在于所述扩展处理器具有对所述指令取出器所取出的扩展运算指令进行译码的指令译码器和在1级和2级的任一种内执行所述扩展运算指令的扩展指令执行器；所述扩展流水线控制装置跟随所述切换装置切换使扩展指令执行器在1级内动作或在2级内动作。14.根据权利要求1的数据处理装置，其特征在于所述处理装置具有指令取出级、指令译码级和指令执行级的至少3级的流水线级数；所述指令取出级、指令译码级和指令执行级的至少一个的处理内容被分割为顺序的多个部分级，在进行所述n级流水线控制的情况下，在1级内处理多个部分级，在进行所述m级流水线控制的情况下，在1级内处理各部分级；根据提供给数据处理装置的动作时钟的频率和提供给数据处理装置的电源电压之任一种来区分是处于所述第1动作环境还是处于所述第2动作环境。15.根据权利要求14的数据处理装置，其特征在于各个处理器分别执行所述处理装置的各级处理；这些处理器的至少一个设置有多个部分处理器和多个透过保持器，所述多个部分处理器进行所述多个部分级中的部分处理，所述多个透过保持器设置在部分处理器和下一级的部分处理器之间，并在所述n级流水线处理情况下透过输出该部分处理结果，在所述m级流水线处理情况下保持该部分处理结果，并输出到下一级。16.根据权利要求14的数据处理装置，其特征在于所述各透过保持器包括保持来自部分处理器的部分处理结果的流水线锁存器；和选择器，在所述n级流水线处理的情况下，选择该部分处理结果，在所述m级流水线处理的情况下，选择流水线锁存器的输出，并输出到下一级部分处理器。17.根据权利要求14的数据处理装置，其特征在于所述数据处理还装置设置有对由处理装置读出的指令中的扩展运算指令进行流水线处理的扩展处理装置，所述扩展处理装置设置扩展处理器和扩展流水线控制装置，所述扩展处理器对扩展运算指令进行流水线处理，所述流水线处理的流水线级数可变为K级和比K大的L级，所述扩展流水线控制装置跟随所述切换装置切换扩展处理器的流水线级数。18.根据权利要求17的数据处理装置，其特征在于所述扩展处理器具有在指令译码级中对所述指令取出器所取出的扩展运算指令进行译码的指令译码器和在1级和2级的任一种内执行所述扩展运算指令的扩展指令执行器；所述扩展流水线控制装置跟随所述切换装置切换使扩展指令执行器在1级内动作或在2级内动作。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木正人，森河彻，桧垣信生，宫地信哉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]