[发明专利]用于混移运算的微处理器设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微处理器设备，包括具有至少一个功能矢量处理器单元的矢量处理器结构，所述功能矢量处理器单元包括用于存储多个索引矢量(index vector)的存储器装置和处理装置，所述功能矢量处理器单元被配置用于接收处理指令和要处理的至少一个输入矢量，所述存储器装置被配置用于根据处理指令，向处理装置提供所述多个索引矢量之一，以及处理装置被配置用于响应所述指令来产生至少一个输出矢量，所述输出矢量具有根据所提供的所述一个索引矢量重新设置的至少一个输入矢量的元素。相应地，本发明涉及一种用于处理矢量的方法，包括步骤：接收处理指令和要处理的至少一个输入矢量；在第一存储器装置中存储多个索引矢量；根据处理指令选择所述多个索引矢量之一；以及响应所述指令，产生至少一个输出矢量，所述输出矢量具有根据所提供的所述一个索引矢量重新设置的所述至少一个输入矢量的元素。

背景技术

几十年来，很好地建立了在下文中称作矢量处理器的微处理器设备和方法。代替或除了由仅采用标量处理器结构的微处理器所提供的标量指令，矢量处理器提供矢量指令集(与以上矢量或并行结构相反)。典型地，每一个指令规定了包含多个数据字或矢量元素的运算数矢量，该运算数矢量的长度(矢量元素的个数)、以及要应用的运算。矢量处理的优势在于，代替针对单个数据字的连续运算，允许在所述矢量指令之一内，同时针对全部矢量进行运算，从而提高了计算速度。例如，通过单个存储器存取，矢量处理器将从外部存储器连续地得到全部矢量，然后将连续地对矢量进行运算，最后通过另一单个存取连续地存储回外部存储器。因此，矢量处理是一种单指令多数据(SIMD)并行处理技术。通过使用矢量寄存器结构，甚至可以进一步地提高计算速度，所述矢量寄存器结构允许处理器在靠近处理器的其他功能单元的集成矢量寄存器中保持中间结果，从而减小了临时存储需求、内部指令等待时间等。

存在许多不同类型的矢量指令，可以将其中的一些分类为：矢量-矢量指令，规定了针对一个或多个矢量的运算，例如对矢量进行移位或混移(shuffle)、或者对两个或更多矢量进行逐元素地加、减、乘或除；矢量-标量指令，规定了针对矢量和标量的运算，例如标量乘积；矢量-标量指令(矢量-减小)，规定了针对一个或更多矢量的运算，并且传递诸如矢量积之类的标量；以及矢量-存储器指令，规定了加载和存储运算以在外部存储器和集成矢量寄存器之间传送数据。依据任务，甚至可以实现更复杂的指令，例如，规定了根据矢量产生阵列的阵列运算等。此外，规定了针对矢量的逻辑运算的指令也是可能的。在近来的发展中，将多个矢量指令封装在单个指令字中并且并行地执行，从而，再一次提高了处理速度。该处理类型称作非常长指令字(VLIW)并行处理技术。

所有这些指令由相应的功能单元(FU)来执行。例如，称作矢量存储单元(VMU)的对矢量-存储器指令负责的FU包含：集成的矢量寄存器，以及用于接收和执行矢量-存储器指令的处理装置。根据如下所述的指令，这些处理装置将所请求的矢量元素从外部存储器加载到它的矢量寄存器中，或将矢量元素存储到外部存储器中。通常，VMU是与处理器外部的“外部世界”相连的唯一FU。在支持VLIW的矢量处理器中集成了附加的指令分布单元(IDU)，用于接收非常长指令字，并使指令继续或分发至其他功能单元。

存在多个矢量-存储器指令，允许处理器根据在外部存储器中对矢量元素进行寻址的不同存取模式来对存储器进行存取。如果矢量元素在存储器中是全部邻近的，即组成所请求的矢量的数据字位于相邻的存储器地址中，那么从一组存储体中得到矢量是容易的任务。该存取通常称作单位-步幅存取。在一些情况下，通过有限的恒定位移，把将要得到的数据字在存储器中分离。这称作步幅存取或步幅-n存取，其中n表示两个相邻矢量元素之间存储器地址的距离。在这种情况下，所述指令还规定了步幅n，以便允许VMU在单个存储器存取中得到全部数据。

然而，有时候将要从存储器加载作为矢量的元素的数据字、和/或将要存储回存储器的数据字没有通过恒定的位移进行均匀地分离，而是位于(预计算的)存储器中的任意位置和/或按照任意顺序。此外，外部存储器的所述P个存储体的顺序通常与矢量元素的检索/传递顺序不相匹配。为了允许处理器对在单个矢量-存储器指令中任意分布的元素数据进行存取，VMU必须还具有表示其中存储了矢量元素的全部存储器位置的地址。这是通过矢量-存储器指令来实现的，称作“收集-指令”，提供了包含地址元素的地址矢量。因此，提供所谓的“分散-指令”(另一个矢量-存储器指令)，允许处理器根据在单个存储器存取中给定的地址矢量来将矢量元素存储至存储器。