[发明专利]基于高级语言的宏体系结构计算机的设计方法

说明书

本发明涉及一种基于高级语言的宏体系结构计算机的设计方法。

传统上，计算机体系结构定义为系统程序员所看到的计算机的属性，包括硬件属性与软件属性。而我们提出的基于高级语言的宏体系结构计算机的设计方法则是以计算机体系结构的新定义为基础的。新的计算机体系结构的定义是：由高级语言，甚高级语言、并行语言、算法、并行算法、软件系统等看到的计算机属性。亦即设计者在设计计算机体系时，不再是从程序员的角度，而是把自己当作是某种语言，算法或软件系统来设计计算机软、硬件体系，为实现某种或某些算法而描述、定义、设计、组织一个完整的计算机体系。

本发明提出的基于高级语言的宏体系结构计算机的设计方法的内容是：依据软件界面构成硬件体系，而不是传统的依据硬件结构来勾画软件界面。分析某种高级语言的各关键语言元素，在实现这些语素的基础上，使最终构成的计算机体系能高效率地实现该种语言，并进而通过软件编译能高效地实现各种常用语言。

分析实现某个语言元素的过程是：列出该语素所涉及的初始数据状态与经该语素处理后的结果数据状态。比较两个状态，分析、写出从初态如何经该种语言的最基本语素处理而得出结果数据状态。去除其中的冗余操作部分，然后勾画出实现该语素的数据流程硬件体系，据此，完成该语素的硬件电路设计。

以下是本发明的附图说明：

图1是“MAX”的参数栈栈状态;

图2是实现“MAX”的硬件结构;

图3是“MIN”的参数栈栈状态;

图4是既可实现“MAX”也可实现“MIN”的硬件结构;

图5是“3PICK”含义的示意图;

图6是＞R与R＞的参数栈与返回栈状态;

图7是“MAXMIN”的参数栈栈状态;

图8是“MAXMIN”的入栈数据选择控制信号的生成电路。

下面参照附图举例说明如何按照本发明的方法设计实现Froth语言基本语素MAX，MIN的硬件结构。

Forth语言是美国人Charles    Moore于1969年提出的一种计算机高级语言，被称为第四代高级语言。有关细节，请参阅Forth语言的专门书籍。

MAX的含义是求两个数中的大值，而MIN的含义则是求两个数中的小值。

在软件工程中，对于程序数据操作有破坏性操作，即只保留结果数据，以及非破坏性操作，即既保留结果数据，又保留原始数据之分。要求中间操作均应是非破坏性操作。软件工程中还有无用单元回收的概念，即要在得出最终结果后，清除无用数据，让出资源。

在非破坏性与无用单元回收要求下，我们来考虑MAX和MIN的实现方案。

如果基于传统的计算机体系设计方法，设计者由功能需求着手，MAX和MIN的工作流程如下：首先要能取出要比较的两个数，然后将它们放到适当的地方（寄存器或堆栈中）再进行比较操作。最后，将比较结果（MAX操作中的大数，MIN操作中的小数）加以保存。简述上列流程如下：

如果基于上述流程，寻求MAX和MIN的硬件实现方法，会感到比较棘手，而要达到快速、高效，就更加困难。下面论述如何以Forth语言为界面，寻求MAX与MIN的硬件实现。

用最基本的Forth词（词是Forth语言的基本语素单位）描述MAX如下：

：MAX

2DUP＜IF    SWAP    THEN

DROP;

堆栈操作与逆波兰表达方式是Forth语言最基本的结构特点。Forth语言的所有数据操作均在堆栈中进行。而一个时间段内只有一个操作点是堆栈的另一个特点。在Forth语言中，只要恰当地管理好堆栈数据，就能较简易地达到非破坏性与无用单元回收要求。逆波兰表达方式与中缀表达方式的区别在于它将操作数均列于操作算符之前，而不是用操作符将操作数连结起来，而这正是计算机的实际处理顺序。

如果要对两个数（不妨假设为a，b）求大，只需在Forth语言环境下键入：

：a    b    MAX;

即可。

上述Forth程序段的执行过程如下：