[发明专利]用于操作计算机处理器阵列的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对由至少一个共同的发明人于2006年3月31日提交的名称为“计算机阵列中的资源的分配(Allocation Of Resources Among An Array OfComputers)”的美国临时专利申请No.60/788,265的权益，该申请以其整体通过引用并入于此。

技术领域

本发明涉及计算机和计算机处理器领域，更具体地，涉及一种用于在计算机之间进行单一类型互动的的方法和装置。该创造性的计算机阵列的当前主要用途在于，在单一微芯片上对多台计算机进行组合。进一步更为具体地，本发明涉及计算机和计算机处理器领域，更具体地，涉及一种用于在堆栈计算机处理器中更有效使用堆栈的方法和装置。

背景技术

本领域公知的是，使用多台计算机处理器，使它们一起工作而完成任务。已经使用了多线程和其它多种方案来允许处理器进行协作。不过，一般认为，该领域的改进空间很大。进一步，现在流行的趋势是，将多台处理器组合在单一的芯片上，但这会加剧问题，并且使得更加紧迫地需要找到一种解决方案来使得计算机以高效的方式一起工作。现在，出于多种原因，认为针对许多应用程序的多台处理器的最佳排列可能是由多台计算机组成的阵列，每台计算机均具有处理能力和至少一些专用存储器。在该示例中，每台计算机如果独立运行，那么它的功能都不会特别强大，但是如果计算机紧密协作，就将会实现强大的计算功能。

共同待审的申请已经描述并宣称这种计算机阵列的多个创造性的方面，包括关于可以怎样布置这种计算机，以及在它们之间的通讯信道如何产生的一些细节。不过，计算机阵列的相对较新的概念的实施，还需要更进一步的创新，以便使运行效率最大。

显然，关于如何最佳地布置计算机阵列，在计算机阵列之间进行通讯，在计算机阵列中分割任务，以及其他使用计算机阵列的方面，有许多需要解答的问题。这些问题中的一些已经得到回答，不过即使在现存的解决方案上，也还存在改进空间。在其它情况下，解决方案可能要求陈述第一印象的问题，以便解决现有技术中目前还不存在的新问题。

堆栈计算机所提供的处理器复杂度大大低于复杂指令集计算机(CISC)的复杂度，并且堆栈机器所提供的系统整体复杂度也低于精简指令集计算机(RICS)或CISC机器的系统整体复杂度。它们并不需要复杂的编译器，也不需要高速缓冲控制硬件来实现优良性能。它们还获得了有竞争力的原始性能，以及在大多数编程环境中针对给定价格的优良性能。它们最初被成功应用的领域是实时嵌入式控制环境，在该环境中它们做得比其它系统设计方法好得多。之前，堆栈大都保持在程序存储器中，较新的堆栈机器为堆栈维护分立的存储器芯片，或者甚至是片上存储器的一块区域。这些堆栈机器提供了极其快速的子例程调用能力，以及及极其的中断处理和任务切换性能。

Zahir等人(USPN 6,367,005)公开了一种寄存器堆栈引擎，该引擎将足够的寄存器堆栈的寄存器保存到存储器，以在堆栈上溢的情况下提供更多可用的寄存器。寄存器堆栈引擎还使微处理器延迟，直到所述引擎可在堆栈下溢的情况下恢复合适数量的寄存器。

Story(USPN 6,219,685)公开了一种将运行结果与阈值进行比较的方法。不过该方法并不对如下两种结果进行区分，一种是结果被四舍五入到阈值(这将引起上溢异常)，另一种是结果恰好就等于阈值。被Story公开的另一种方法读取和写入硬件标记，以识别上溢或下溢状况。

采用存储器中的堆栈，上溢或下溢将覆盖堆栈项目，或使用并不意在成为堆栈一部分的堆栈项目。在堆栈中减轻或消除上溢和下溢的方法存在改进的必要。

Forth系统已经能够让不止一个的代码“线程”同时执行，这经常称为协作循环制(cooperative round-robin)。线程得到使用中央处理单元(CPU)的轮次的次序是固定的；例如，线程4总是在线程3之后并在线程5之前得到其轮次。每个线程被允许按其所需的时间保有CPU，然后自动放弃它。线程通过调用字PAUSE实现此过程。在PAUSE函数期间，只需要保存少数数据项目，以便恢复原始任务，但是在中断函数期间，需要保存大量上下文。

每个线程可能有工作要做，也可能没有。如果任务4有工作要做，并且在循环制中在其之前的任务(任务3)调用PAUSE，那么任务4将苏醒并且工作，直到它决定再次PAUSE。如果任务4没有工作要做，它就将控制传递到任务5。当任务调用了将要执行输入/输出功能的字，并且因此将需要等待输入/输出完成时，PAUSE被构建到输入/输出调用中。