[发明专利]一种含有存储内计算的处理器

说明书

本发明属于处理器技术领域，具体为一种含有存储内计算的处理器。本发明的基于存储器内计算的处理器包括：存储单元、控制运算单元和存储内计算单元。所述存储单元包括指令存储器和数据存储器；所述控制运算单元包括取指令单元、算术逻辑单元、存储器控制单元和总线接口单元；所述存储内计算单元包括存储内计算控制单元和具有存储内计算的存储单元。本发明提供改进的处理器架构，在现有处理器中引入存储内计算单元，具有功耗低、高性能的特点。

技术领域

本发明属于处理器技术领域，具体涉及一种含有存储内计算的处理器。

背景技术

伴随着电子学和集成电路技术的发展、智能电子设备的普及，使用电池供电的物联网设备逐渐得到广泛应用。为了保证数据传输时的隐私性和安全性，物联网设备除基础功能外，对其产生的数据进行加密变得十分必要。传统方法一般基于通用处理器和软件，将数据从存储器中取出、运算、存入。在数据大量传输的过程中，时间成本和功耗代价都比较大，此影响对由电池供电的微型设备尤其关键。

针对传统软件方法的问题，利用由专用集成电路或协处理器担任的加速器可以起到一定作用，但它们仍存在着问题，具体表现在：

协处理器结构复杂，会带来较大的面积代价，且能够带来的功耗降低不够显著；专用集成电路只能实现特定算法，缺乏灵活性。此外，两种方法都无法避免数据在总线上的搬运。

存储内计算能在保持灵活性的同时有效减少数据在总线上的搬运，从而降低功耗并提升性能，而且不会有很大的面积代价。但存储内计算不同于能够直接完成复杂逻辑功能的专用集成电路或协处理器，需要和通用处理器的协同使用，而现有的处理器在与存储内计算协同工作下的技术仍不完善，无法高效工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种低功耗、高性能，并能实现复杂算法的含有存储内计算的处理器。

本发明提供的含有存储器内计算的处理器，包括存储单元、控制运算单元和存储内计算单元；其中，控制运算单元第一端与存储单元第一端相连，控制运算单元第二端与存储内计算单元第一端相连，控制运算单元第三端与存储单元相连第二端相连，控制运算单元第四端与系统总线相连。

所述的存储内计算单元，包括存储内计算控制单元和具有存储内计算的存储单元，存储内计算控制单元用于存储器内计算单元的时序控制，具有存储内计算的存储单元用于需要进行存储内计算的数据存储和存储内计算逻辑。

存储内计算控制单元的第一端与算术逻辑单元相连，第二端与具有存储内计算的存储单元相连。

所述存储内计算单元与控制运算单元直接相连，不以总线的形式相连。

所述具有存储内计算的存储单元包括存储阵列、存储内计算电路和数字辅助逻辑，存储内计算电路用于对从存储阵列中取出的数据进行计算和读写逻辑，包括加法、异或、与、或运算和读写逻辑，数字辅助逻辑用于存储阵列的行列选择和从存储阵列中取出的数据的移位运算。

所述控制运算单元包括取指令单元、算术逻辑单元、存储器控制单元、总线接口单元；取指令单元的第一端与存储单元第一端相连，第二端与算术逻辑单元第一端相连，第三端与总线接口单元第一端相连；算术逻辑单元第二端与存储器控制单元第一端相连，第三端与存储内计算单元相连；存储器控制单元第二端与存储单元第二端相连，第三端与总线接口单元第二端相连，第四端与写回线相连；所述总线接口单元第三端与系统总线相连。

所述取指令单元用于从存储单元中取出指令并送往算术逻辑单元；算术逻辑单元判断指令为算术逻辑运算、存储器访问指令或存储内计算指令；若为算术逻辑运算，则算术逻辑单元完成对应运算；若为存储器访问指令，则算术逻辑单元处理指令并将数据送往存储器控制单元；若为存储内计算指令，则算术逻辑单元处理指令并将数据送往存储内计算单元；存储器控制单元用于处理存储单元的存储器访问指令；总线接口单元用于处理器和外部总线信号的连接。