[发明专利]一种处理器结构

说明书

本发明涉及在权利要求1的前叙部分公开的一类处理器结构。特别说，本发明特别适于但不限于执行功能程序。

程序开发费用很高。如果程序可以用功能语言制造的话，则这些费用有时可以减少，因为对一个用户来说很难使用以常规语言编程的机器-它需要许多知识-和因为其复杂性，程序员可能引入隐藏的错误。

编程语言的发展

第一个电子计算机的开发开始了适合于几种这类计算机的编程语言的开发，诸如FORTRAN，COBOL，Algol，BASIC，Pascal。这些语言被称为强制语言，下面也称为常规语言，主要因为一个事实，即它们通常给出一系列要由常规计算机顺序执行的命令或指令组成的程序，常规计算机亦即根据John von Neumann开发的原理设计的计算机。强制类程序变得日益复杂并常常包含许多错误，难读，难理解，和特别难修改。

这些强制语言的日益增加的不适导致另一系列语言，称为功能语言的开发：LISP，ISWIM，Scheme(LISP的方言(dialect))，ML，Hope，SASL，等等。在这些语言开发后面的驱动力是概念的简单性；没有特别的机器影响的设计。功能编程语言有几种特性，它们消除了更为常规的编程语言的缺点。

为了另外的信息和理解，我们引用教科书“使用标准ML的功能编程”，ke Wikstrm著，1987年由Prentice出版社出版。

用功能语言写的程序可以被看作是对象特性的一组定义和计算规则。定义是说明部分，计算规则是在执行期间计算机使用的操作部分。功能语言提供对计算机的一个更高级接口，这使它可能为程序员从与计算机有关的细节中摘出。作为一个积极的效果，功能程序常常比常规强制程序更短和更容易理解。

当今，功能语言作为在常规计算机上的虚拟机实现。这使用编译程序和解释程序实现。这意味着执行一个程序，它解释程序指令。每一程序指令导致执行一些机器指令。因此执行慢。

显然，功能程序方法的一些好处由下述事实打了折扣，即实际上市场上没有有用的专门硬件用于以有效的方式存储和执行功能程序的处理。一些适于执行功能编程语言的处理器，即所谓的FFP机器，在1988年出版的教科书“高级语言计算机结构”(ISBN 0，88175-1342-2)中的第11和12章讨论，并已不时构建和制造。例如专用Lisp工作站在八十年代中期提供。Inmos有限责任公司生产的用于内置系统的处理器的晶片机在八十年代中期问世并仍在市场上。

一种特别类型的功能语言是Erlang，它由申请人为实时应用开发。不管功能程序在von Neumann类型的计算机上执行慢的缺点，比强制语言慢得多，但是Erlang的使用日渐增加。然而，安装有Erlang的计算机的容量为某些应用不够。Erlang程序作为一些通信进程也称为进程而建立。在不同进程的执行之间常常有一个开关。这一开关是非生产性的，应该尽可能快。目前，它在所谓的“实时系统”中用软件制作。

因为在常规计算机上提供的用功能语言诸如Erlang写的数据程序非常消耗功率，对许多应用太多，因此需要提供一个具有较低功耗的硬件。在大多数产品中低功耗是必需的。在将来对低功耗的要求会日益增加。高功耗阻碍了处理器速度的进一步改进。

本发明的一个目的是提供一个微处理器，它适于执行以具有顺序指令流的语言例如Erlang写的程序或至少部分程序。

本发明的另一个目的是提供一个在实时操作系统内执行功能语言的协处理器。一个或几个这一类型的协处理器应该能够处理要求大容量的进程。

本发明的再一个目的是提供一个专用于Erlang的处理器。

本发明的再一个目的是提供一个在无线便携设备中适于功能语言的处理器。给在无线便携设备中的处理器提供常常需要改变的软件(SW)内容。在这种场合，适于处理功能语言诸如Erlang的处理器应该给出很大优点。

本发明还有一个目的是提供一个处理器，它适于功能语言，具有比当今普通的较少存储器访问。这意味着需要高指令密度。

本发明的另一个目的是提供一种设备，它能够处理以软件实现的许多功能而具有低的或合理的功耗，因此提供大量功能对低的功耗。

本发明的再一个目的是为无用信息的收集和在处理器中的进程切换提供一种专用硬件支持以便改善执行性能和降低功耗。这种机构通常在“实时系统”中以软件实现。