一种新型的通用计算机结构体系及其工程设计制造技术

本发明专利技术理论，是由本发明专利技术人在中国四川省成都市探索研究并命名提出的、以新一代“人工强智能”技术领域为发展宗旨的，关于一种新型通用型计算机结构体系的新理论概念。本发明专利技术是基于本发明专利技术理论之启示和影响，借鉴当今世界脑科学、脑神经科学以及类脑计算研究的最新研究成果，在尽力摆脱传统通用计算机体系结构束缚的基础上，实际指导设计的一种全新的、能够真正实现非冯

【技术实现步骤摘要】
一种新型的通用计算机结构体系及其工程设计


[0001]本专利技术涉及通用计算机结构体系及存储/计算一体化，中央处理器布列和堆砌叠加
，也涉及新的数据和数据结构表示理论和方法，具体来说就是一种替代传统通用计算机的新型的通用计算机结构体系及其工程设计。

技术介绍

[0002]当前，传统的通用计算机均采用冯
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诺伊曼体系结构，由于当时科学技术水平发展的局限以及设计理念的先天性不足，这种计算机架构及其操作系统存在以下几个明显的缺陷：
[0003](1)、架构的瓶颈问题。在这种体系结构中，计算和存储功能是分离的，分别由中央处理器CPU和存储器完成。CPU和存储器通过总线互连通信，CPU从存储器读出数据，完成计算，然后将结果写回存储器。现今，传统计算结构面临的挑战源于存储能力瓶颈以及存储器与处理器之间的特定的数据转移速度所带来的高成本，这即为冯
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诺伊曼瓶颈。
[0004](2).由通信带宽和延迟构成的“存储墙(Memorywall)”问题，成为提高系统性能的最大障碍。因为处理器在中途转换运行另外程序前，要将现有程序的环境状态保存下来用以将来处理器返回继续运行时恢复环境状态使用，频繁转换将浪费大量处理器时间以及内存，使得系统运行效率大大降低。
[0005](3).现有通用计算机存储与计算模块的分离带来的“功耗墙”问题。随着半导体工艺的演进，数据迁移的效率却没有显著提高，导致数据迁移所消耗的能量与数据计算所消耗的能量之间的功耗比越来越大。
[0006](4).现有通用计算机的软件和硬件完全分离，适用于作数值计算。这种计算机的机器语言同高级语言在语义上存在很大的间隔，业界称之为“冯
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诺伊曼语义间隔”。造成这个差距的其中一个重要原因就是存储器组织方式不同，冯
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诺依曼机存储器是一维的线性排列的单元，按顺序排列的地址访问。而高级语言表示的存储器则是一组有名字的变量，按名字调用变量，不考虑访问方法，而且数据结构通常是多维的(如数组，表格)。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决现有通用计算机技术的明显不足和架构设计先天性的缺陷，极大顺应当今科技技术发展的潮流和趋势，以新的科技发展途径和设计理念，为人类社会发展提供一种结构简单而高效的计算机操作系统以及与之相匹配的通用计算机架构。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术旨在把传统以计算为中心的通用计算架构转变为以数据为中心的通用计算架构，其直接利用存储器进行数据处理，从而把数据存储与计算融合在同一个中央处理器当中，以彻底消除传统通用计算机的“冯
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诺依曼架构瓶颈”问题。
[0009]本专利技术
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一种新的通用计算机架构体系及其具体的工程设计，所述架构体系及其具体的工程设计是以本专利技术理论为指导，所提供的基础具体技术方案：一是以“X+Y”数学理论标识和表示数据及其数据结构。二是直接利用存储器进行数据传输和处理，实行存储/
运算一体化。三是存储器内部结构仿真人类大脑结构，采用左右和上下分布布列、堆砌叠加的结构。
附图说明
[0010]图1示例性示出了本专利技术一种新型通用计算机体系结构的架构示意简图。
具体实施方式
[0011](1)依据本专利技术理论的指导，必须把传统的数据流的表示方式(即以二进制形式表示数据和指令的工作方式)，根本性的改变为新的数据流表示方式
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即用“X+Y”的数学理论来重新布局和表示数据结构和数据流。
[0012](2)依据本专利技术理论的指导，设计和建造集存储/计算一体功能的新型存储器，并支持全新的并行算法结构。
[0013](3)依据本专利技术理论的指导，从根本上改变现有的通用计算机的控制流驱动方式。采用存算一体+记忆存储(短时记忆和长期记忆)驱动的方式，旨在把传统以计算为中心的架构转变为以数据为中心的架构，其直接利用存储进行数据处理，从而把数据存储与计算融合在同一个处理器当中，彻底消除冯
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诺依曼架构瓶颈。
[0014](4)依据本专利技术理论的指导，仿照人类大脑(左右分布)的构造，在存储器内部，设置上下或左右集存算一体功能的存储器。
[0015](5)依据本专利技术理论的指导，在存储器中只存储“(功能)系统”。其基本技术路线和途径是：把计算过程，特别是复杂、深度、即时生物神经计算过程，描述为有众多指令、按照阵列布局组建和集成的系统，然后把系统和组成这些系统(内)所包含的程序、数据一并输入计算机，计算机对已存入的系统及其系统内部包含的程序和数据处理后，输出结果。
[0016](6)依据本专利技术理论的指导，数据输入/输出和处理均采用并行的方式，即处理器CPU+A +B+N(拓展专用处理器)采用层叠和堆砌组合并行处理的方式。也就是说，直接模仿人类的认知和思维方式的工作机制去进行通用计算.
[0017]应当充分理解的是，本专利技术对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以众多优化、改进和变换，所有这些优化、改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。
[0018]专利技术的有益效果
[0019]本专利技术所述本专利技术理论及新型计算机结构体系实际实现后的有益效果，具体体现在以下几个方面：
[0020]1.在科技进步的当代，能够适时建造出一种新型的，运用极为广泛的，可完全替代传统通用计算机的新型通用计算机。
[0021]2.同传统通用计算机结构相比，这种新型的通用计算机结构具有能耗低，设计构造简单，制造成本低廉，运算速度快，消除和摆脱传统通用计算机明显束缚和缺陷等诸多优势特征。
[0022]3.随着摩尔定律的临近终结，许多新型相关技术都在寻求填补后摩尔时代遗留的技术真空。按照本专利技术理论的设计理念，新型存储器、处理器、输入/输出设备以及相对应的新的算法，新的算力，新的数据结构，新的专业功能系统体系架构乃至制造这些物理器件的
新材料、新技术、新工艺等等，也将持续涌现和迭代更新。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型的通用计算机结构体系及其工程设计，其特征在于：为单体处理机通用结构，机器以存算一体化存储器为中心。2.根据权利要求1所述的一种新型的通用计算机结构体系及其工程设计，其特征在于：采用存储“系统”思想。这里，我们对本权利要求条款所在场景描述中的“系统”给出一个明确的定义：a)人、机器和方法的集合，用来实现一组规定的功能。b)一个完整的整体，由种类不同的、相互作用的、专门的结构和子功能部件所组成。c)由某些相互作用或相互依赖关系联合起来的小组或子系统，可执行多种职能，但是作为一个整体单位(比如人类大脑系统)而发挥作用。3.根据权利要求1所述的一种新型的通用计算机结构体系及其工程设计，其特征在于：系统以及系统内部包含的程序和数据被...

【专利技术属性】
技术研发人员：·，
申请(专利权)人：刘正伟，
类型：发明
国别省市：