[发明专利]计算机的循环寄存器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及计算机和计算机处理器领域，更具体地涉及更有效地使用堆栈计算机处理器中的堆栈的方法和装置。

背景技术

堆栈机器提供的处理器复杂度远低于复杂指令集计算机(CISC)提供的处理器复杂度，并且提供的总体系统复杂度低于精简指令集计算机(RICS)或CISC机器提供的总体系统复杂度。它们在不需要复杂的编译器或高速缓存控制硬件来获得高性能的情况下实现了低的处理器复杂度和总体系统复杂度。在众多编程环境中，针对给定的价格，它们还达到了有竞争力的原始(raw)性能和高级(superior)性能。它们最初成功的应用领域是在实时嵌入式控制环境中，在该领域中它们远胜过其它系统设计方法。先前堆栈大多被保留在程序存储器中，而更新的堆栈机器为堆栈保留了独立的存储器芯片或甚至是片上存储区域。这些堆栈机器提供了极快的子例程调用能力以及卓越的中断处理和任务切换性能。

然而，没有堆栈上溢或下溢状况的硬件检测。堆栈上溢发生在没有足够数目的寄存器可用且结果还持续被压入堆栈中，使得底部寄存器被重写时。堆栈下溢发生在所有的寄存器变空，并且持续的弹出堆栈产生了无意的或不正确的结果时。一些其它堆栈处理器使用堆栈指针和存储器管理，从而在堆栈指针超出为该堆栈分配的存储范围时对错误状况进行标记。授予Zahir等人的美国专利No.6,367,005公开了一种寄存器堆栈引擎，其为寄存器堆栈保存存储空间足够的寄存器，以在堆栈上溢的情况下提供更多可用的寄存器。在堆栈下溢的情况下，寄存器堆栈引擎还延迟微处理器，直到该引擎能够恢复适当数目的寄存器为止。

授予Story的美国专利No.6,219,685公开了一种将操作结果与阈值进行比较的方法。然而，该方法没有区分下舍入成为阈值的结果(可能会导致上溢异常)与刚好等于阈值的结果。由Story公开的另一种方法读写硬件标志来识别上溢或下溢状况。然而，指令必须被顺序执行，而且任何跟随寄存器读/写的指令在读/写操作完成之前都不能执行，这使得进程缓慢。

使用存储器中的堆栈，上溢或溢可能会重写堆栈项目，或者使用不意在作为堆栈一部分的堆栈项目。需要一种减少或消除堆栈中上溢和下溢的改进方法。

发明内容

本发明的目的在于提供这样一种设备和方法，即其中双堆栈处理器的数据堆栈和返回堆栈不是存储器中由堆栈指针访问的阵列，而是由独立的专用移位寄存器访问的硬线(hardwire)。

本发明的另一目的在于减小或消除数据堆栈或返回堆栈的上溢和下溢。

本发明的再一目的在于最小化双向堆栈寄存器的一位堆栈寄存器间的电连接长度，从而最小化所需的驱动器大小并最小化缓冲。

这些和其它目的是由这里所描述的发明来实现的，其中传统的堆栈由以循环重复模式工作的寄存器阵列来代替。该循环重复模式通过使用相关联的包括以交替模式电互连的多个一位移位寄存器的双向移位寄存器来实现。该配置防止从堆栈的外部进行读取，并且防止读取无意的空寄存器值。

以上所述的双堆栈处理器可以作为独立运行的处理器来工作，也可以与互连计算机阵列中的若干其它类似的或不同的处理器一起使用。

附图说明

图1是描绘堆栈计算机的一般布局的框图；

图2是根据本发明的数据堆栈；

图3是堆栈的单个寄存器的更详细视图；

图4是根据本发明的返回堆栈；

图5是根据本发明的计算机阵列的概略图；和

图6是示出图5的计算机的子集的详细图及图5的互连数据总线的更详细视图。

具体实施方式

参考附图描述本发明，在附图中，相同的附图标记表示相同的或相似的元件。虽然根据用于实现本发明目的的模式对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将认知到，在脱离本发明的精神或范围的情况下，可以鉴于这些启示来实现变体。

这里所描述的和/或在附图中所示的本发明的实施例及其变体仅以示例方式给出，并不限定本发明的范围。由于本发明意在适应多种变体，因此除非以其它方式具体说明，本发明的独立方面和部件可以在保持在所要求的发明的精神和范围之内的同时，针对各种各样的应用被省略或修改。

图1是描绘本发明中使用的双堆栈计算机12的一般布局的框图。计算机12通常为具有其自己的RAM 24和ROM 26的整装计算机。