[发明专利]一种高性能微处理器寄存器及其内存地址弹性保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能微处理器寄存器及其内存地址弹性保护方法。

背景技术

处理器是当代计算机工业的核心。处理器大致分为两类：精简指令集处理器和复杂指令集处理器。在高性能处理平台中，精简指令集处理器被广泛使用，如：PAD，高性能服务器，桌面平台，嵌入式平台等；然而，复杂指令集处理器的使用却相对较少，一般只用于低性能服务器和桌面平台等。其主要原因是：精简指令集处理器指令长度不变，指令格式少，寄存器数目多，指令数目少，更能使处理器处理流水化。具有设计简单、效率高、容易测试、成品率高等特点。因此，如何研发出具有完全自主核心知识产权的高性能精简指令集处理器，已成为计算机工业设计研究中的重要课题。

目前，计算机操作系统的内核主要放在内存的低地址区间中（只有极少数的处理器把内核放在内存的高地址），接着放操作系统处理异常中断的程序，再接着放为应用程序提供服务的程序，应用程序放在最后。为了防止应用程序的非法访问，目前，主流的处理器主要用以下方法实现：

（1）把计算机的内存固定分成一定长度的段，应用程序和操作系统内核放在规定的内存区间内，以防止用户程序的非法访问；

（2）处理器通过检查程序的长度，特权级和读写执行等属性以防止用户程序的非法访问；

（3）操作系统通过检查程序的长度，特权级和读写执行等属性以防止用户程序的非法访问。

现有的计算机内存地址的保护方法存在以下不足：

1）当计算机的内存很小（如PDD、嵌入式平台中）时，如果固定长度的内存很大，供应用程序使用的内存就会很小，会造成宝贵的内存资源浪费，造成内存没有被合理的使用；

2）当计算机的内存很大（如在高性能的服务器中、大型计算机中），并且其操作系统内核也很大时，会造成操作系统内核不能完全被处理器内核保护的情况；

3）如果应用程序利用操作系统的漏洞，篡改程序属性（在分段操作系统，分页操作系统中分别更改段属性，页属性等），使程序得到非法权限。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能微处理器，在不改变指令集的前提下可轻易升级，采用浅流水线设计和精简流水线架构，静态分支预测，动态分支预测，能够更好地减少每条指令执行的时间，同时支持多发多射，减少处理器从内存里查找数据所用的时间；

本发明的另一个目的在于提供一种高性能微处理器寄存器的内存地址弹性保护方法，克服传统处理器通过软件保护和固定分段保护来防止应用程序非法访问的不足，可有效防止应用程序的非法访问。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高性能微处理器寄存器，它包括：

永远为0的0号寄存器；

用作累加器的1～8号寄存器；

用作乘法时的高位，除法指令的商的9号寄存器；

用作乘法时的低位，除法指令的模的10号寄存器；

用作返回用户模式时的指针、页的11、12号寄存器；

用作处理器在用户模式时的指令指针、页的13、14号寄存器；

用作处理器在特权模式时的指令指针、页的15、16号寄存器；

用作处理器在中断模式时的指令指针、页的17、18号寄存器，其页只有处理器在ken mode和int mode下才被数据移动指令赋值，如果处理器在soft mode和urs mode，则不能赋值并产生异常；

用作软件模式的指令指针、页的19、20号寄存器，其页只有处理器在ken mode、int mode和soft mode下才被数据移动指令赋值，如果处理器在urs mode，则不能赋值并产生异常；

用作堆栈指针、页的21、22号寄存器，当给其控制的0级cache赋值时，检查其特权级，当特权级值小于等于它才被赋值，否则产生异常；

用作页寄存器的指针、页的23、24号寄存器，当给其控制的0级cache赋值时，检查其特权级，当特权级值小于等于它才被赋值，否则产生异常；

用作页寄存器的指针、页的25、26号寄存器，当给其控制的0级cache赋值时，检查其特权级，当特权级值小于等于它才被赋值，否则产生异常；

用作页寄存器的指针、页的27、28号寄存器，当给其控制的0级cache赋值时，检查其特权级，当特权级值小于等于它才被赋值，否则产生异常；

用作页寄存器的指针、页的29、30号寄存器，当给其控制的0级cache赋值时，检查其特权级，当特权级值小于等于它才被赋值，否则产生异常；

用作状态寄存器的31号寄存器；