[实用新型]用于提高Java处理器取指令带宽的字节码缓冲装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及Java处理器，具体为一种用于提高Java处理器取指令带宽的字节码缓冲装置。

(二)背景技术

计算机的指令集一般分为两类：一类是固定长度的指令集，即不论指令类型如何，都保持相同的长度，它的优点是在取指令的同时就可以判断并取到一条完整的指令，便于指令的流水执行，其不足之处是指令都占据相同的长度，不利于节省指令存储空间，固定长度的指令集多用于简单指令集计算机(RISC)系统中；另一类是变长指令集，即不同的指令具有不同的长度，它的优点是可以尽量缩减指令长度，有利于节省指令存储空间，其不足之处是无法在取指令的同时确定该条指令的完整长度，只能在对操作码部分译码之后才能确定并读取后续部分，不利于指令的流水执行，所以多用于复杂指令集计算机(CISC)系统中。

Java处理器是指能以硬件直接执行Java虚拟机指令集的处理器。Java虚拟机的指令集(即字节码)属于长度不固定的指令集，其指令除了极个别之外，绝大多数不超过4个字节。Java处理器通常的做法，就是和指令存储器以1个字节宽度的接口进行字节码读取，在取指令阶段只读取第一个字节(操作码所在的字节)，而在译码段获取到整个字节码长度后再进行后续字节的读取。由于要多次以1个字节的宽度访问指令存储器，影响到了处理器性能的提高。

目前也有通过指令缓存来提高取指令带宽的方法，它是将字节码从指令存储器读出并以4字节为单位写入一个由多个寄存器组成的缓冲，然后根据指令实际长度从寄存器缓冲的输出多路开关中读取正确的字节码；如果读出的指令超过一个字，则将寄存器缓冲中的数据向前移动一次。这种方法的特点是寄存器组较大时可以提供较好的指令预取性能，但是指令转移等会导致其利用率下降，所以需要确定合适的寄存器组大小，这样既能较好地满足译码部件的取指需求，又能减少硬件的设备量。

(三)发明内容

针对上述问题，本实用新型提供一种用于提高Java处理器取指令带宽的字节码缓冲装置，使用该装置可以提高处理器的性能。

本实用新型装置的技术方案是这样的：

其包括字节码寄存器、多路选择模块、字节码缓冲以及控制模块，所述字节码寄存器、多路选择模块及字节码缓冲顺序相连；所述字节码寄存器的输入端与所述指令存储器相连，所述字节码缓冲的输出端与Java处理器的译码段相连；所述控制模块的输入端与Java处理器的译码段相连，所述控制模块的输出端分别与所述字节码寄存器、多路选择模块及字节码缓冲相连，对其进行逻辑控制；所述字节码寄存器是32位的，用来存储从指令存储器读出的以32位为单位的字节码；所述字节码缓冲是64位的，其高4个字节与Java处理器的译码段相连，为其提供一个完整的字节码。

其进一步的技术方案为：

所述多路选择模块包括第一级多路选择器及第二级多路选择器，第一级多路选择器负责将字节码寄存器的有效字节按照字节顺序选择到8个字节序列中的正确位置，第二级多路选择器负责将第一级多路选择器输出的字节以及原字节码缓冲中的剩余字节统一排序并送到字节码缓冲的正确位置；

所述字节码缓冲采用具有预取功能的cache。

本实用新型所提出的字节码缓冲长度固定在64位，其输出固定在最高的4个字节，避免了输出时对多路选择器的需要。其主要目的就是“整存零取”，以和处理器相同的工作频率把32位为单位的字节码送入字节码缓冲，以不同长度读出并将后续字节码往前推，使可用的字节码总保持在固定的位置。

本实用新型在字节码缓冲的可用空间不小于4个字节时，就从寄存器读取4个字节，并通过多路选择模块将其送到缓冲的正确位置，使待执行字节码总完整存在于高字节中，因为待执行字节码总能在一个周期内取完整，减少了访存次数，提高了取指令带宽。

本实用新型从两方面提供处理器性能，一是在取指令同时将可能的操作数同时取出，避免了多次访问存储器；二是利用取指令每次4字节，而多数字节码不足4字节，产生一定时间可用于将指令预取到字节码缓冲，从而隐藏了访存时间。

(四)附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意及方框图；

图2为本实用新型中的多路选择模块的数据通路示意及方框图；

图3为本实用新型中的控制模块的示意及方框图；

图4为本实用新型中的字节码缓冲的输出接口示意及方框图。

(五)具体实施方式