[发明专利]微处理机中的分布式执行控制系统

说明书

本发明一般涉及微处理机，更具体地涉及在这种微处理机中指令的执行控制。

处理控制相关性是许多微处理机逻辑和复杂性的一大部分。微处理机通常有许多用于处理控制相关的机制，并且当需要不同级别的中断精度时(例如浮点异常使能/屏蔽)，这些机制的功能必须有显著的区别，导致了控制上的困难。例如，当RISC处理机进入浮点异常使能模式时，处理机必须开始一次发出一条指令(导致了性能的降低)，因此，该模式的执行要求极大地影响了处理机的发送逻辑。

在另一种处理机中，浮点指令总是和其它的指令顺序执行，这就导致了在执行逻辑中的过份保守同步(即表现为似乎总是处于浮点异常使能模式)。采用执行缓冲区方法，在单个周期内完成大量的指令是不可行的，这是由于队列结构的串行化性质(例如，为了知道指令2是否将要执行，首先必须知道指令0和指令1是否将要执行)。

和执行逻辑有关的是清除逻辑。当执行指令时，存在着正确的控制流决策和不正确的控制流决策。对于分支指令是这样，对任何能引起异常的指令也是这样(即，存在异常路径和非异常路径)。虽然这在过去是按照不同的方式加以处理的，但就控制流管理而论，(同步)异常、(异步)中断和分支指令都是十分类似的。

因此，常规的执行控制系统包括集中化的控制器，该控制器包括接收所有指令的集中化控制队列。当指令执行时，把信息送到控制队列。然后由集中式的控制队列决定适当的指令执行次序。集中式控制队列可能成为程序执行中最突出的瓶颈问题，这是由于必须被控制的不同动作的数目所造成的。因此，当控制相关的数目增加时，微处理机的总体性能将显著降低。

所以，重要的是提供能以更有效的方式处理这些控制相关的一种系统。这种系统不会增加微处理机的复杂性。最后，这种系统应该在现有的微处理机设计中容易实现。本发明就是要满足这样的一种需要。

分布式执行是这样一种指令执行的控制方法，使得允许同时执行的指令数目可以很大(没有分时的负担)，而且所有形式的控制相关性都可以由一种统一的机制处理。

本发明提供一种微处理机的分布式执行控制系统，其特征在于包括：多个发送装置；每个发送装置包括响应一个取地址来接收指令的发送队列；给每条指令分配一个执行标识符的装置，该执行标识符分配装置被包括在发送装置的至少一个之中；相关于所述指令提供控制相关信息的装置，该提供装置被包括在发送装置的至少一个之中；将控制相关信息分配给适当指令的装置，该控制相关信息分配装置被包括在发送装置的至少一个之中；多个执行装置，用于接收所述指令和相应的控制相关信息，并根据所述控制相关信息执行指令。

本发明还提供一种用于处理机中的发送装置，其特征在于包括：用于接收指令的一个发送队列；给在所述发送队列中接收的每条指令分配一个执行标识符的装置；相关于在所述发送队列中接收的所述指令来提供控制相关信息的装置；将控制相关信息分配给适当指令的装置。

分布式执行机制维持超标量处理机中指令之间复杂的控制相关关系，没有和大型顺序队列结构相关的周期时间负担。

图1是微处理机的常规执行控制系统框图。

图2是一个表，表示微处理机中的控制流分解。

图3是一个简单程序的流程图。

图4是根据本发明的发送装置的简要框图。

图5是给出了根据本发明的图3所示的发送装置的详细框图。

图6是一个逻辑电路框图，该电路与本发明的发送装置一起用于分解控制相关信息。

图7是一个逻辑电路框图，该电路包含用在本发明的发送装置中的清除逻辑。

图8是一个逻辑电路框图，该电路用来修改根据本发明的发送装置中所用的体系结构寄存器。

本发明涉及用来控制微处理机中指令移动的一种执行控制系统。下面的描述使得具备本领域一般技术的人能利用本发明，而描述又是在专利申请及其要求的环境中提供的。熟练的技术人员很容易对最佳实施例作各种修改，而且这里的一般原理也适用于其它的实施例。因此，本发明不准备局限于所示的实施例，而是按照和这里所述的原理和特征一致的最广泛的范围。

为了说明该例子，假定有一个一般的超标量处理机，具有大量的执行装置，以及向其输入信息的多个发送器。这不一定是一种统一的设计观点(例如可忽略和多个发送器相关的发送复杂性)，而是一种在理论上可行的机器，这个机器中包含了可在不同设计观点中指到的许多特征。并且假定，多个发送器被用来取出在单个调度单位中的多个代码段，换句话说，在发送器之间存在着执行顺序要求。最后假定，可以在发送器之间划分的代码段的颗粒性处于基本模块的层次上，并且存在具有控制机关关系的发送器的偏序。