[发明专利]具有选择处理器状态再初始化的电插脚的多态微处理器

说明书

本发明涉及微处理器。更具体地说，本发明涉及一种具有一个以上工作方式且能在各工作方式之间转换以适应为其中一个工作状态而设计的软件的微处理器。

过去十年来，微处理器技术迅速发展。十年前被认为是先进的微处理器已先后为一些新一代的微处理器所取代。新一代的微处理器比老一代的微处理器效能大得多，功能和容量大大地扩大了，操作速度高得多。然而目前老的为上几代微处理器编写的不太复杂的软件仍然通用并在市面上出售。大部分计算机用户每当计算机制造厂家发展新产品时总是不愿意抛弃旧的软件，事实上，对某些特殊用途来说，可能采用老的操作方法还是有利的。因此微处理器设计人员一般将他们新的微处理器设计得使其与老的软件兼容。

为确保旧的软件可以在较新的微处理器上使用，有些制造厂家设计了具有几种适用的工作方式的微处理器，起码其中的一个工作方式具有早先微处理器的性能。例如，INTEL公司在数年以前制造了原型的8086微处理器。从那时候起，该微处理器已逐步发展成80286、80386和80486型。这些后代的微处理器具有几种适用的工作方式。为了与8086编写的程序兼容，后几代微处理器不但能在“实际地址”工作方式(一般叫实方式)下工作，这种工作方式具有8086微处理器的操作特性和数据结构，还能在其它工作方式下工作(例如“受保护的”工作方式)。在这种后代的工作方式下，新微处理器的工作能力能更充分地加以利用，操作能力提高了，数据结构各式各样。

对某些类型的软件来说，在程序执行过程中各工作方式之间的转换是有用的。在受保护方式与实方式之间进行转换的程序的一个例子是存储器管理器。存储器管理器开始时可能以实方式工作，在其工作过程的某些时候转换到受保护的工作方式，以存取地址在1兆字节以上的数据，复制各数据块，然后返回到实方式继续进行处理。

起动时，8086及其派生产品的寄存器借助于微指令初始化到实方式格局。初始化之后，软件就履行其职能，将数据结构编排成适于实方式的数据结构，然而，若应用软件不是采用实方式，而是采用受保护方式，则该软件就树起标记，使受保护方式起作用。于是这个程序就制定适于该受保护方式的数据结构，并将微处理器转换到受保护工作方式。80286微处理器的设计人员并没有预计任何人会想从受保护方式转换到实方式，因而没有对这种转换采取措施。换句话说，80286微处理器没有支持从受保护方式到实方式的转换过程。

然而，有些采用80286微处理器的制造厂家(例如IBM)想使其能够从受保护方式转换到实方式，于是研究出了一种进行这种转换的方法，即增设了另一个强行使复位插脚起作用以便使微处理器复位和再初始化就象微处理器是刚起动似的装置。但，简单地插入复位插脚产生了一些问题。在增设有诸如超高速内缓存器和内浮点系统之类的元件的新式微处理器(例如80846)中，强行使复位插脚起作用也会使超高速缓存器再初始化从而破坏超高速缓存器的内容。此外，虽然不经过自测试而进行的复位使浮点寄存器的内容得以保护，但浮点系统(这在8086、80286和80386微处理器中实际上是分开的)中各寄存器的内容也因经自测试复位而初始化(因而遭破坏)。

超高速内缓存器头一次是在80486微处理器中使用的，现在微处理器的所有操作方式，例如，实方式、虚拟8086方式和受保护方式中都采用它。超高速缓存器包括(相对于微处理器来说是内的)存储器，通过存储某些新近从主存储器检出的数据和指令来加快对数据和指令的处理过程。超高速缓存器的作用是尽可能缩短经常使用的数据和指令的检出时间和写入时间。超高速缓存器分两种：统写式和回写式。回写式超高速缓存器通常在微处理器中的效能更大。这两种型式的超高速缓存器从其中读取数据时的作用相同，但往其中写入数据时，统写式超高速缓存对超高速缓存器和主存储器都起更新作用，而在回写式超高速缓存器时，超高速缓存器的内容都经过更新，无需将它们写入主存储器中。在回写式超高速缓存过程中，只有当进行特殊操作时，例如在超高速缓存器已满之后分配新的超高速缓存器线时，才往主存储器中写入经更新的结果。因此，如果想要对回写式超高速缓存器的内容再进行初始化，经更新的数据如果不回写入存储器中或存储起来就会丢失。回写式超高速缓存器虽然更难以进行但却是很有用的，因为它节省微处理器每次在更新超高速缓存器时不必要浪费掉的往主存储器中写入的时间。此外回写式超高速缓存还可以尽量减少总线的业务，使总线可以脱身作其它联系工作。