專利名稱：用于并行訪問多個(gè)矢量元素的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括處理器；多端口存儲(chǔ)器，所述多端口存儲(chǔ)器是可由處理器訪問的。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳輸矢量的方法。
更進(jìn)一步，本發(fā)明涉及一種用于實(shí)現(xiàn)所述方法的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
矢量處理是一種用于處理具有大量計(jì)算需求的應(yīng)用的適用技術(shù)。矢量處理器提供對(duì)矢量(即數(shù)字的線性陣列)工作的高級(jí)運(yùn)算。矢量處理器流水線傳輸矢量的單個(gè)元素上的運(yùn)算。流水線不僅包括算術(shù)運(yùn)算，而且包括存儲(chǔ)器訪問和有效地址計(jì)算。另外，大部分的高端矢量處理器都允許多個(gè)運(yùn)算同時(shí)進(jìn)行，在不同元素上的運(yùn)算之間創(chuàng)建并行操作。矢量指令具有幾個(gè)重要的特性。第一，每個(gè)結(jié)果的計(jì)算都與先前結(jié)果的計(jì)算無(wú)關(guān)，這允許很深的流水線而不會(huì)產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)危險(xiǎn)。第二，矢量指令相當(dāng)于執(zhí)行整個(gè)循環(huán)，這降低了指令帶寬要求。第三，由于在單次訪問中檢索完整的矢量而非檢索數(shù)據(jù)元素，因而降低了存儲(chǔ)器訪問的開銷。為此，能讓矢量運(yùn)算比對(duì)相同的數(shù)字或數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行的標(biāo)量運(yùn)算序列更快。其中能夠使用矢量處理的典型應(yīng)用就是音頻和視頻處理的領(lǐng)域。
矢量存儲(chǔ)器系統(tǒng)具有大的數(shù)據(jù)寬度，這允許在一次存儲(chǔ)器訪問中利用單個(gè)存儲(chǔ)器地址來(lái)檢索數(shù)據(jù)元素的完整矢量。隨后，能夠并行地處理這些數(shù)據(jù)元素。然而，當(dāng)從矢量存儲(chǔ)器系統(tǒng)中檢索數(shù)據(jù)時(shí)，可能發(fā)生幾種問題。第一，矢量對(duì)齊(alignment)的問題與從矢量存儲(chǔ)器系統(tǒng)中讀取橫跨矢量邊界的數(shù)據(jù)有關(guān)。在那種情況下，可能通過請(qǐng)求兩個(gè)存儲(chǔ)器地址(即，兩個(gè)矢量)的內(nèi)容來(lái)檢索數(shù)據(jù)，并且隨后把所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)傳送到新的矢量。第二，當(dāng)需要一組矢量元素的次序與存儲(chǔ)它們的次序不同時(shí)出現(xiàn)了問題。假若需要矢量具有在不同的矢量中存儲(chǔ)的有序元素組，那么必須檢索這些矢量的內(nèi)容，需要至少兩次存儲(chǔ)器訪問繼之以選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)元素。美國(guó)專利5,933,650描述了用于矢量元素的對(duì)齊和排序的方法。在矢量元素的對(duì)齊中，將一個(gè)矢量從存儲(chǔ)單元加載到第一寄存器中，而將另一個(gè)矢量從存儲(chǔ)單元加載到第二寄存器中。確定指定對(duì)齊后的矢量的第一字節(jié)的起始字節(jié)。接下來(lái)，自第一寄存器的第一字節(jié)中的第一位起連續(xù)經(jīng)由第二寄存器中的位來(lái)從第一寄存器和第二寄存器中提取矢量。最后，將提取出的矢量復(fù)制到第三寄存器中，以便第三寄存器包含對(duì)齊后的多個(gè)元素以供矢量處理。按照矢量元素的次序，將第一矢量從存儲(chǔ)單元加載到第一寄存器中，而將第二矢量從存儲(chǔ)單元加載到第二寄存器中。然后，從第一寄存器和第二寄存器中選出元素的子集。接著，按照適合于隨后矢量處理的特定次序?qū)?lái)自于子集的元素復(fù)制到第三寄存器中的元素中。
現(xiàn)有技術(shù)中矢量元素的對(duì)齊和排序的方法的缺點(diǎn)就在于需要對(duì)矢量存儲(chǔ)器系統(tǒng)進(jìn)行一次以上的讀取訪問，這增加了獲取矢量數(shù)據(jù)的開銷。此外，需要附加的硬件，例如，用于臨時(shí)存儲(chǔ)矢量的附加硬件，其中必須為矢量對(duì)齊或矢量排序從所述矢量中選擇元素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種用于矢量對(duì)齊和矢量元素排序的改善后的方法，這導(dǎo)致矢量處理器的更好的性能。
這個(gè)目的是利用一種用于傳輸矢量的方法實(shí)現(xiàn)的，其特征在于所述方法包括以下步驟將存儲(chǔ)器基地址傳遞到地址配置裝置；通過地址配置裝置利用存儲(chǔ)器基地址和用于配置地址配置裝置的配置指令來(lái)定義一組存儲(chǔ)器地址；利用該存儲(chǔ)器地址組將矢量傳輸?shù)蕉喽丝诖鎯?chǔ)器/自多端口存儲(chǔ)器傳輸矢量。
所述方法允許利用單個(gè)存儲(chǔ)器基地址來(lái)將完整的矢量傳輸?shù)蕉喽丝诖鎯?chǔ)器或者自多端口存儲(chǔ)器傳輸完整的矢量。能夠?qū)⑹噶康臄?shù)據(jù)元素傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器內(nèi)的任意位置或者自存儲(chǔ)器內(nèi)的任意位置傳輸矢量的數(shù)據(jù)元素，這提高了靈活性并且避免了與矢量對(duì)齊和矢量元素排序有關(guān)的問題。此外，與所述地址配置裝置相結(jié)合地使用多端口存儲(chǔ)器減少了指令寬度?？梢岳脝蝹€(gè)存儲(chǔ)器基地址來(lái)傳輸完整的矢量，然而多端口存儲(chǔ)器所使用的每個(gè)存儲(chǔ)器地址都應(yīng)該存在于指令中。對(duì)于某些類型的處理器而言，比如非常大的指令字處理器，減少代碼尺寸是一個(gè)重要問題。
根據(jù)本發(fā)明，一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特征在于所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步包括地址配置裝置，其中所述地址配置裝置被設(shè)計(jì)用于利用存儲(chǔ)器基地址和用于配置地址配置裝置的配置指令來(lái)定義一組存儲(chǔ)器地址，并且其中所述多端口存儲(chǔ)器被設(shè)計(jì)用于使用該存儲(chǔ)器地址組?？梢岳靡粋€(gè)存儲(chǔ)器基地址來(lái)將完整的矢量傳輸?shù)蕉喽丝诖鎯?chǔ)器或者自多端口存儲(chǔ)器傳輸完整的矢量，這降低了存儲(chǔ)器開銷并且提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。
在從屬權(quán)利要求中限定了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在權(quán)利要求8中限定了一種用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的用于傳輸矢量的方法的計(jì)算機(jī)程序。
根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例的特征在于地址配置裝置包括設(shè)置成由配置指令來(lái)配置的多個(gè)寄存器堆，和用于計(jì)算存儲(chǔ)器地址組的多個(gè)地址計(jì)算單元；所述寄存器堆可由地址計(jì)算單元訪問；所述地址計(jì)算單元耦合到多端口存儲(chǔ)器。
所述配置指令配置多個(gè)寄存器堆，并且這些寄存器堆能夠保存這個(gè)配置直到執(zhí)行下一條配置指令。在這兩者之間，例如在執(zhí)行指令的循環(huán)期間，能夠重復(fù)地使用這個(gè)配置。
根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例的特征在于配置指令包括一組偏移量，每個(gè)偏移量都與定義第二存儲(chǔ)器地址的存儲(chǔ)器基地址相結(jié)合?？梢詫⑺銎屏拷M直接加載到多個(gè)寄存器堆中，并為多個(gè)地址計(jì)算單元所使用，這提高了地址配置裝置的性能。


將參照附圖進(jìn)一步闡明并描述所述實(shí)施例的特征圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖。
圖2示出了具有多端口存儲(chǔ)器和地址配置裝置的存儲(chǔ)系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了包括處理器PROC、地址配置單元ACU、多端口存儲(chǔ)器MEM和系統(tǒng)總線SB的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。處理器PROC、地址配置單元ACU和多端口存儲(chǔ)器MEM都經(jīng)由系統(tǒng)總線SB耦合在一起。在執(zhí)行指令期間，為了讀取或?qū)懭刖哂袛?shù)據(jù)元素的矢量，處理器PROC可以發(fā)布操作以便訪問多端口存儲(chǔ)器MEM。在從多端口存儲(chǔ)器MEM中讀取或?qū)懭胍唤M數(shù)據(jù)元素之前，應(yīng)該通過由處理器PROC發(fā)出的配置指令來(lái)對(duì)地址配置單元ACU進(jìn)行配置。配置指令對(duì)地址配置單元ACU進(jìn)行配置，所以它能夠利用存儲(chǔ)器基地址來(lái)計(jì)算對(duì)于將從多端口存儲(chǔ)器MEM中檢索出的數(shù)據(jù)元素組而言特定的一組存儲(chǔ)器地址。地址計(jì)算單元ACU的配置保持不變直到發(fā)出下一條配置指令。在對(duì)地址配置單元ACU進(jìn)行配置之后，處理器發(fā)布包括存儲(chǔ)器基地址在內(nèi)的讀取操作，并且該存儲(chǔ)器基地址被發(fā)送給地址計(jì)算單元ACU。隨后，地址計(jì)算單元ACU計(jì)算一組存儲(chǔ)器地址。將這些存儲(chǔ)器地址經(jīng)由系統(tǒng)總線SB發(fā)送給多端口存儲(chǔ)器MEM，繼之以從多端口存儲(chǔ)器MEM中讀取數(shù)據(jù)元素。將這些數(shù)據(jù)元素作為單個(gè)矢量發(fā)送給處理器PROC，并且以供進(jìn)一步處理使用。假若處理器PROC發(fā)布寫入操作，則就向地址配置單元ACU發(fā)送存儲(chǔ)器基地址。地址配置單元ACU計(jì)算一組存儲(chǔ)器地址，將所述存儲(chǔ)器地址組經(jīng)由系統(tǒng)總線SB發(fā)送給多端口存儲(chǔ)器MEM。還將數(shù)據(jù)元素經(jīng)由系統(tǒng)總線SB發(fā)送給多端口存儲(chǔ)器MEM。在下一步中，將數(shù)據(jù)元素寫入多端口存儲(chǔ)器MEM。在下次寫入或讀取操作之前，也許需要依據(jù)所需要的存儲(chǔ)器地址組來(lái)發(fā)布新的配置指令。例如，假若必須讀取的一組數(shù)據(jù)元素需要相同的存儲(chǔ)器地址組并且施加相同的存儲(chǔ)器基地址，那么不必重復(fù)配置命令。當(dāng)使用不同的存儲(chǔ)器基地址、但地址配置單元ACU的所需配置保持相同時(shí)，也不必發(fā)出新的配置指令。
圖2示出了包括多端口存儲(chǔ)器MEM和地址配置單元ACU的一個(gè)實(shí)施例的存儲(chǔ)系統(tǒng)MS的框圖。所述多端口存儲(chǔ)器MEM包括RAM存儲(chǔ)器、四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口DatIn、四個(gè)地址端口Addr和四個(gè)數(shù)據(jù)輸出端口DatOut。地址配置單元ACU包括地址端口AddIn、四個(gè)地址計(jì)算單元AU、四個(gè)寄存器堆RF和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口DatIn。在這個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)輸入Datln是用于地址配置單元ACU和多端口存儲(chǔ)器MEM兩者的共享數(shù)據(jù)輸入端口。地址輸入端口AddrIn耦合到地址計(jì)算單元AU，而地址計(jì)算單元AU耦合到多端口存儲(chǔ)器MEM的其對(duì)應(yīng)的地址端口Addr。數(shù)據(jù)輸入端口DatIn耦合到寄存器堆RF。寄存器堆RF是可由地址計(jì)算單元AU訪問的。
多端口存儲(chǔ)器MEM支持用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和寫入的命令。通過利用地址端口Addr，能夠經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出端口DatOut從RAM存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)?？梢詫臄?shù)據(jù)輸出端口DatOut中讀取的四個(gè)數(shù)據(jù)元素合并成一個(gè)矢量。可以經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入端口DatIn并利用用于存儲(chǔ)器編址的地址端口Addr來(lái)把一組四個(gè)數(shù)據(jù)元素寫入多端口存儲(chǔ)器。
地址配置單元ACU支持配置指令，所述配置指令相對(duì)于存儲(chǔ)器基地址指定了一組偏移量。當(dāng)執(zhí)行配置指令時(shí)，經(jīng)由對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入端口DatIn將偏移量值寫入每個(gè)寄存器堆RF。隨后，地址計(jì)算單元AU從它們對(duì)應(yīng)的寄存器堆RF中取出偏移量值，并將這個(gè)值存儲(chǔ)在內(nèi)部。
假若處理器PROC向存儲(chǔ)系統(tǒng)MS發(fā)布讀取操作，則就在地址端口Addrln處提供存儲(chǔ)器基地址。地址計(jì)算單元AU從地址輸入端口AddrIn中獲取存儲(chǔ)器基地址的值，并增加它們相應(yīng)的偏移量值。地址計(jì)算單元AU將得到的存儲(chǔ)器地址組發(fā)送到對(duì)應(yīng)的地址端口Addr，并隨后向多端口存儲(chǔ)器MEM發(fā)出讀取命令。在多端口存儲(chǔ)器MEM的數(shù)據(jù)輸出端口DatOut處提供得到的數(shù)據(jù)元素組。處理器PROC還可以向存儲(chǔ)系統(tǒng)MS發(fā)布寫入操作，以便將一組數(shù)據(jù)元素寫入RAM存儲(chǔ)器。地址端口AddrIn接收存儲(chǔ)器基地址。地址計(jì)算單元AU利用存儲(chǔ)器基地址以及它們相應(yīng)的偏移量值來(lái)計(jì)算一組存儲(chǔ)器地址。將所得到的存儲(chǔ)器地址組發(fā)送給多端口存儲(chǔ)器MEM的對(duì)應(yīng)的地址端口Addr。將數(shù)據(jù)元素發(fā)送給多端口存儲(chǔ)器MEM的數(shù)據(jù)輸入端口DatIn。隨后，向多端口存儲(chǔ)器MEM發(fā)出寫入命令，并且將所述數(shù)據(jù)元素寫入RAM存儲(chǔ)器。
在其它的實(shí)施例中，配置指令可以包括向地址配置單元AU發(fā)出用于計(jì)算偏移量組的的一組命令。
利用適當(dāng)?shù)呐渲弥噶?，由寄存器堆RF接收的偏移量組是這樣與存儲(chǔ)器基地址相結(jié)合，使得地址計(jì)算單元AU能夠定義任意的存儲(chǔ)器地址組。利用該存儲(chǔ)器地址組，能夠同時(shí)將一組數(shù)據(jù)元素寫入多端口存儲(chǔ)器MEM或者同時(shí)從多端口存儲(chǔ)器MEM中檢索出一組數(shù)據(jù)元素。因此，存儲(chǔ)系統(tǒng)MS起矢量存儲(chǔ)器系統(tǒng)的作用，它在允許利用一個(gè)存儲(chǔ)器基地址從任意的存儲(chǔ)器位置處檢索一組數(shù)據(jù)元素的方面占優(yōu)勢(shì)。此外，與多端口存儲(chǔ)器相比，存儲(chǔ)系統(tǒng)MS有下列優(yōu)點(diǎn)通過利用一個(gè)存儲(chǔ)器地址，能夠?qū)ぶ返揭唤M數(shù)據(jù)元素，而不需要來(lái)自外部源的一組存儲(chǔ)器地址。其結(jié)果是，能夠減小指令寬度，這對(duì)于非常大的指令字處理器而言是尤其關(guān)心的，在所述指令字處理器中代碼尺寸的縮小是個(gè)重要問題。
應(yīng)當(dāng)注意的是，上述實(shí)施例舉例說(shuō)明了本發(fā)明而非限制本發(fā)明，而且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將在不背離所附權(quán)利要求的范圍的情況下能設(shè)計(jì)許多可替換的實(shí)施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號(hào)內(nèi)的任何參考標(biāo)記視作為是限制權(quán)利要求。單詞“包括”不排除除了那些列在權(quán)利要求中的元件或步驟之外的其它元件或步驟的存在。元件前的單詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)這類元件的存在?？梢酝ㄟ^包括幾個(gè)不同元件的硬件并借助于適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在枚舉幾個(gè)裝置的裝置權(quán)利要求中，這些裝置中的幾個(gè)都能夠由同一個(gè)硬件項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述的某些措施的純粹事實(shí)不表示這些措施的組合就不具備優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳輸矢量的方法，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括處理器；可由處理器訪問的多端口存儲(chǔ)器，其特征在于所述方法包括以下步驟將存儲(chǔ)器基地址傳遞到地址配置裝置；通過地址配置裝置利用存儲(chǔ)器基地址和用于配置地址配置裝置的配置指令來(lái)定義一組存儲(chǔ)器地址；利用所述存儲(chǔ)器地址組將矢量傳輸?shù)蕉喽丝诖鎯?chǔ)器/自多端口存儲(chǔ)器傳輸矢量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中地址配置裝置包括由配置指令配置的多個(gè)寄存器堆，和用于計(jì)算所述存儲(chǔ)器地址組的多個(gè)地址計(jì)算單元；所述寄存器堆可由地址計(jì)算單元訪問；所述地址計(jì)算單元耦合到多端口存儲(chǔ)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述配置指令包括一組偏移量，每個(gè)偏移量與存儲(chǔ)器基地址相結(jié)合來(lái)定義第二存儲(chǔ)器地址。
4.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括處理器；多端口存儲(chǔ)器，所述多端口存儲(chǔ)器可由處理器訪問，其特征在于所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步包括地址配置裝置，其中所述地址配置裝置被設(shè)計(jì)用于利用存儲(chǔ)器基地址和用于配置地址配置裝置的配置指令來(lái)定義一組存儲(chǔ)器地址，并且其中所述多端口存儲(chǔ)器被設(shè)計(jì)用于使用所述存儲(chǔ)器地址組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述地址配置裝置包括設(shè)置成由配置指令來(lái)配置的多個(gè)寄存器堆，和用于計(jì)算所述存儲(chǔ)器地址組的多個(gè)地址計(jì)算單元；所述寄存器堆可由地址計(jì)算單元訪問；所述地址計(jì)算單元耦合到多端口存儲(chǔ)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述配置指令包括一組偏移量，每個(gè)偏移量與存儲(chǔ)器基地址相結(jié)合來(lái)定義第二存儲(chǔ)器地址。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中所述多端口存儲(chǔ)器和地址配置裝置都包含在存儲(chǔ)系統(tǒng)中。
8.一種包括計(jì)算機(jī)程序代碼裝置的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序代碼裝置用于指示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的方法的步驟。
全文摘要
矢量處理是一種用于處理具有大量計(jì)算需求的應(yīng)用的適用技術(shù)。矢量處理器提供了對(duì)矢量(即數(shù)字的線性陣列)工作的高級(jí)運(yùn)算。能夠讓矢量運(yùn)算比對(duì)相同數(shù)字或數(shù)據(jù)項(xiàng)的標(biāo)量運(yùn)算序列更快。其中能夠使用矢量處理的典型應(yīng)用就是音頻和視頻處理的領(lǐng)域。矢量存儲(chǔ)器系統(tǒng)具有大的數(shù)據(jù)寬度，這允許利用單個(gè)存儲(chǔ)器地址在一次存儲(chǔ)器訪問中檢索數(shù)據(jù)元素的完整矢量。隨后，能夠并行地處理這些數(shù)據(jù)元素。然而，當(dāng)使用矢量存儲(chǔ)器系統(tǒng)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生矢量對(duì)齊和一組矢量元素的排序的問題。本發(fā)明提供了一種用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的矢量對(duì)齊和矢量元素的排序的改善后的方法，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括處理器(PROC)和多端口存儲(chǔ)器(MEM)，所述方法導(dǎo)致了更好的性能。第一步包括將存儲(chǔ)器基地址傳遞到地址配置單元(ACU)。接下來(lái)，通過地址配置單元(ACU)利用存儲(chǔ)器基地址和用于對(duì)地址配置單元進(jìn)行配置的配置指令來(lái)定義一組存儲(chǔ)器地址。最后，利用所述存儲(chǔ)器地址組將矢量傳輸?shù)蕉喽丝诖鎯?chǔ)器(MEM)或自多端口存儲(chǔ)器(MEM)傳輸矢量。
文檔編號(hào)G06F17/16GK1672128SQ03817860
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者A·A·M·范維爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司