[发明专利]改进的可置换地址的处理器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在存储装置和运算单元之间实现的可置换地址模式处理器及方法。

背景技术

早先的计算机或处理器仅仅具有一个计算单元，因此，例如在一个像素具有八位(字节)时每次进行一个像素的图像处理。随着图像尺寸的不断增长，出现了对于高性能高密度流水线的向量处理处理器的需要。向量处理器是可以在一个指令中在整个向量上操作的处理器。单指令多数据(SIMD)是面向向量的处理的另一形式，面向向量的处理可以在像素级应用并行。该方法适合于不依赖于前一操作结果的图像操作。由于SIMD处理器可以在不同的数据组上并行解决类似的问题，因此它可以被表征为比单个计算单元处理器快n倍，这里n是SIMD中的计算单元的数目。对于SIMD操作，存储器读取必须每个周期将数据给到每个计算单元或利用n速度的优点。典型地，例如，在32位(四个字节)机器中，在来自存储器的两条总线上载入数据到两个32位(四个字节)寄存器中的行中，该字节处于四个相邻的列中，每个字节具有与其相关的计算单元。然后，在一个周期中，单个指令可以指示所有计算单元以其自然(native)模式对寄存器字节中的数据逐字节地执行相同的操作，并在存储器中存储该32位结果。在2D图像处理应用中，例如，其对于垂直边缘过滤具有很好的效果。但是对于在列中存储数据的水平边缘过滤来说，在可以开始操作之前，必须加载所有的寄存器，以及在完成之后，不得不每次一个字节地存储结果。这是费时且低效的，以及随着计算单元数码的增加而变得更加严重。

在适应“小字节序”(little endian)和“大字节序”(big endian)数据类型时，SIMD或向量处理机器也遇到问题。“小字节序”和“大字节序”涉及的是多字节类型中哪些字节是最高有效位，并描述在处理器存储器中存储字节序列的顺序。在小字节序的系统中，在最低的存储器地址(第一)，存储该序列中的最低有效字节。“大字节序”相反：它在最低存储器地址存储中存储该序列中的最有效字节。当前，系统对从用户界面到操作系统到加密到低层信号处理的所有层级提供服务。这些导致“混合字节序”应用，因为通常较高层级的用户界面和操作系统使用“小字节序”，而信号处理和加密使用“大字节序”。因此在处理数据之前，程序员必须提供指令以从一种变换为另一种，或配置该处理，以利用它给出的数据形式来工作。

SIMD操作中遇到的另一问题是，该数据为了算法中的下一个步骤而实际上已被扩展或调换或置换。在该数据处于由算法中的下一步骤调用的格式之前，这需要单独的步骤，涉及到流水线停滞。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有可置换地址模式的改进的处理器和方法。

本发明的再一目的是提供具有可置换地址模式的这种改进的处理器和方法，其提高诸如SIMD的面向向量的处理器的效率。

本发明的再一目的是提供具有可置换地址模式的这种改进的处理器和方法，在运算单元之外在地址模式中实现置换，由此避免管线停滞。

本发明的再一目的是提供具有可置换地址模式的这种改进的处理器和方法，其可以统一数据表现(presentation)，由此统一问题的解决方案，减小编程工作和投放市场的时间。

本发明的再一目的是提供具有可置换地址模式的这种改进的处理器和方法，可以统一数据表现，由此统一问题的解决方案，利用更多算术单元和更快的存储结果。

本发明的再一目的是提供具有可置换地址模式的这种改进的处理器和方法，可以在负载上置换该数据，以其自然的形式有效地利用算术单元，并随后在存储时置换回其初始形式，使得负载、解决方案和存储操作更快和更有效。

本发明的再一目的是提供具有可置换地址模式的这种改进的处理器和方法，容易适合于混合字节序模式。

本发明的再一目的是提供具有可置换地址模式的这种改进的处理器和方法，能够快速、容易和有效地重新排序计算操作之间的数据。

本发明的再一目的是提供具有可置换地址模式的这种改进的处理器和方法，为了快速、容易的处理，能够使任意形式的数据重新排序为机器的自然域(domain)形式，然后如果希望，重新排序回其初始形式。