宏指令集对称式并行体系结构微处理器制造技术

本发明专利技术揭示了一种利用超长指令控制体系，对简单和对称的部件结构实现静态和动态的重新组织及对其操作关系重新定义的独特设计，使该体系结构可根据具体应用进行重新组合，而每种组合，都会使该微处理器所使用的超长指令控制体系支持的宏语言，在实质上接近人类对计算机操作行为的需求，即该微处理器实际操作运行的宏指令直接反映高级语言元素的语义、语法及语用关系，支持高级语言的高层语义操作。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及专用微处理器、通用微处理器，特别涉及一种宏指令集对称式并行体系结构微处理器。其特点是硬件体系结构的组织关系、逻辑关系、操作关系可由软件编程——以超长指令的标识代码来控制并设定该体系结构关系，实现动态或静态改变。指令设计不再依据传统的基本指令的语义需求，而是依据人类对计算机操作行为的基本需求元素，利用硬体可重新组织的特征，构成基本元素的语义、语法、语用关系，从而实现计算机软件与硬件融合设计，提高硬、软件资源的使用效率，达到人类应用计算机的目的。传统的微处理器基本上是两大类结构(1)专用微处理器。特定的某一应用领域的微处理器称为专用微处理器，如LISP处理器、FORTH处理器、图像处理器、FPU浮点处理器等。(2)通用微处理器。在通用的微处理器当中包括了被称为CISC、RISC体系的处理器。从微处理器硬件体系设计的角度来看，上述两大类硬件的体系、结构、操作的组织方式都是当设计结束时被固定的，只能按设计产生的功能进行应用，不可再被改变。CISC虽可通过微码构成不同语义需求，但微码设计完成后，将固化在其体系结构中，很难被更改。同时，上述两类微处理器体系的存储管理又分为以FILO或FIFO顺序指针存储和随机存储三种操作方式；数据结构又分为以寄存器体系和堆栈体系二种结构。当设计的选择性一旦被确定，该体系一切应用的功能和特点均成为“专用”，而通用的特点是需软件的支持，我们称这两类微处理器为特定设计的专用计算机体系结构。从软件角度来看，上述两类微处理器由于是依据基本且简单的指令语义去实现对确定的、不可改变的硬件体系进行控制，因而造成了各自的指令操作形态及代码形态均不相同，相互间基本不能兼容。虽然采用了超标量和超级流水线结构和技术，且经代码优化，但在执行时平均很难实现一个周期多个操作的效率。从应用角度来看(1)诸多的高级语言，如LISP、FORTH、FP、C语言和操作系统，由于接近人类操作行为的需求，而在应用中得到不断地发展。但人类操作行为的复杂性和不确定性使各种语言及其操作系统环境的数据结构、体系结构、操作方式都要向着人类不同需求的专业化方向发展，都是为某种特定的应用需要而选择和发展硬件、软件，所以在支持人类诸多的高层次应用要求时，指令语义的翻译过程还会大大降低执行的效率。这样便带来了应用上的依赖性、复杂性、选择性和不兼容性，反而束缚了体系结构支持人类操作行为的应用，束缚了高级语言支持人类智能行为的应用。(2)由基本指令导向设计的体系结构(如RISC和CISC)由于不兼容性，在硬件系统的不断升级换代和软件系统日益增大的复杂需求下，使得各自独立的体系逐渐形成了所谓发展中产生的硬件、软件兼容的“包袱”，反而抑制了计算机体系结构的发展。宏指令集对称式并行体系结构微处理器正是针对上述传统设计实现了存储管理可采取顺序和随机操作方式进行；体系、逻辑、控制可重新组织和改变；支持独特的超长指令控制体系以外部微码设计实现硬件操作的控制。人机操作界面——超长指令体系是由一部分在芯片内部以寄存器标识形式表现，用来控制硬件结构实体；一部分在外部以存储标识和硬联线标识表现，用来控制语言行为元素的构成而组成的。在运行时可由超长指令的控制体系定义寄存器结构为多入出端口、并行式的操作结构，也可重新定义为单入出端口的先进先出队列结构或先进后出的堆栈结构；可定义数据通讯和存储为同步时序操作，也可定义为异步时序操作；可定义顺序的运算操作序列，也可重定义实时可变的运算操作序列；可任意定义对称端口为数据或指令或传输的操作等。由此使该微处理器的整体操作可根据人类操作行为的需求元素而改变，可以灵活地对软件和硬件(在确定资源范围内)进行宏加工及拼装、重组和操作，从而反映人类行为的基本需求元素——宏语言元素的语义、语法及语用关系，以至硬件和软件均可简单拼装来构成专用或通用微处理器，成为有效支持专用计算机语言LISP、函数递归语言FP、堆栈语言FORTH及通用操作系统结构、环境的体系。本专利技术揭示了一种利用超长指令控制体系，对简单和对称的部件结构实现静态和动态的重新组织及对其操作关系重新定义的独特设计，使该体系结构可根据具体应用进行重新组合，而每种组合，都会使该微处理器所使用的超长指令控制体系支持的宏语言，在实质上接近人类对计算机操作行为的需求，即该微处理器实际操作运行的宏指令直接反映高级语言元素的语义、语法及语用关系，支持高级语言的高层语义操作。本专利技术发现了人类操作行为的基本元素是由大量的相关操作、冗余操作、重用操作、串行操作、并行操作、控制操作、计算操作、存储操作等需求构成的。这些不同需求可通过超长指令控制体系的内部控制，实现体系结构运行时的静态和动态定义，使该处理器的体系结构在操作中反映的操作可以适应不同的应用要求并在其设计和实现后不再被“固定”，同时，结构的重新组织、操作方式的不同选择，可构成不同的宏语言语义、语法、语用关系，实现更大的操作并行性，有效地消除冗余操作，利用重用操作，控制相关操作。这个特征还提供了更多额外的优势*可适应不同的体系结构，并使该处理器更好地与之兼容；*通过重组及体系结构运行操作产生语义行为，减少人机操作界面的语言间隙；*适应更多的语言和软件环境并提高效率。本专利技术还发现了宏指令集对称式并行体系结构的可重组性；基本部件的相容性；操作的语义、语法、语用关系与硬件的逻辑、控制、组织关系的对称性，使宏语言的原语在单周期内能够很好地支持诸多高级语言的重要高层语义，如LISP的EVAL原语、FORTH的MAXMIN、ROLL原语等及操作系统指令、数据分体操作和单堆栈数据结构的应用需求，显示了硬、软件设计和运行融合一体可更好地发挥该体系适应不同应用的特长和大大提高效率等优点*在超长指令控制体系的标识控制的作用下，使宏指令集对称式并行体系结构微处理器的两个数据部件和两个地址部件定义为先进后出寻址及数据的串行操作方式，另两个数据部件和两个地址部件组成并行操作和随机存储操作方式，则该体系在运行时可直接支持一种多链数据方式的分体双词典结构。以双操作数据的方式支持FORTH语言以后缀方式表达的语义、语法、语用关系。*在超长指令控制体系的标识控制的作用下，使宏指令集对称式并行体系结构微处理器的两个数据部件和两个地址部件定义为先进先出队列寻址及数据的顺序操作方式，另一个数据部件和一个地址部件组成并行操作和随机存储操作方式，则该体系在运行时将有效地直接支持先进先出、先进后出的二叉树数据结构，支持LISP语言以前缀方式表达的语义、语法、语用关系。*在超长指令控制体系的标识控制的作用下，使宏指令集对称式并行体系结构微处理器的两个数据部件和两个地址部件成为随机存储和并行寄存器操作方式，另二个数据部件和二个地址部件构成先进后出的顺序操作方式，则该体系在运行时将有效地支持嵌套式的数据结构(嵌套的深度将与其使用的地址生成部件的寻址能力完全一致)，支持函数递归的隐式参数传递和以中缀方式表达的语义、语法、语用关系。*在超长指令控制体系的标识控制的作用下，使宏指令集对称式并行体系结构微处理器用随机存储和并行寄存器操作方式，并使其中一个的地址部件和数据部件成为串行的先进后出的地址指针操作方式，则该体系在运行时将支持通用的操作系统标准的指令、数据分离和单堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宏指令集对称式并行体系结构微处理器，可响应多个多位超长指令外部存储器标识格式代码字序列及数据字，可响应内部超长指令寄存器标识字的控制，使该体系结构可进行操作方式、组织结构、数据通路及逻辑关系的选择和定义，实现应用时的体系重组和拼装操作，其特征在于：１）一个外部硬联线标识逻辑，以控制方式可选择地决定该体系基本组织结构、操作方式、逻辑关系、控制通路的初始状态；２）配合该体系初始状态的操作方式，可接受执行该体系所选择、定义的数据端口产生指令或数据输入方式的操作，控制及传 输操作；３）配合指令和数据的输入方式，外部超长指令标识格式字代码序列可对内部超长指令寄存器标识数据字装载，使之决定该体系新的组织结构、操作方式、逻辑关系、数据通路及体系状态和控制方式；４）配合指令和数据的输入方式，内部超长指令寄存器 标识字是外部存储器超长指令标识格式字的延伸，直接共同形成组合逻辑关系，产生控制信号，决定该体系结构不同的选择控制方式；５）配合指令和数据的输入方式及选择控制方式，可接受内部结构所选择、定义的第一或第二或第三或第四线路的数据通路或运算结果 产生的直接数据字输入方式，执行指令或数据操作、控制及传输操作；６）配合指令和数据的输入方式及选择控制方式，一个译码器可响应周期时钟信号，周期性或约束性地产生，对超长指令体系指令标识格式及标识控制域的组合拼装，产生时序上、控制上、体系结构 部件操作的多重组合控制信号；７）配合组合控制信号操作方式，对该体系各个部件可执行算法、逻辑、比较、测试、数据传输及处理、控制部件、通路操作，形成的高层语义行为－－宏语言原语的操作；８）配合组合控制信号操作方式，该体系可选择接受外部输 入方式的操作数或内部数据通路及任意运算结果的操作数，执行可变序列算法及指令、数据操作；９）配合组合控制信号操作方式，具有４个独立的多个、多位存储单元的第一、第二、第三、第四存储方式，允许内部超长指令寄存器标识字的定义，分配每个存储方式的 地址指针形成方式，可选择先进先出的队列寻址操作或先进后出的堆栈寻址操作或随机寻址的操作方式；１０）配合组合控制信号操作方式及４个存储方式，具有４个独立数据端口８条多位数据总线的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八数据输入、输出 方式，以内部超长指令寄存器标识字的定义，分配每个独立数据总线，可选择各总线为独立或第一、第二或第三、第四或第五、第六或第七、第...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大力，章永兴，蒋雷，
申请(专利权)人：北京南思达科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]