專(zhuān)利名稱(chēng)：使得能夠每寄存器處理多個(gè)帶符號(hào)獨(dú)立數(shù)據(jù)元的裝置、方法和編譯器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在計(jì)算機(jī)寄存器中并行處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)、方法和編譯器。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行是依照計(jì)算機(jī)程序提供的指令通過(guò)不同的寄存器處理數(shù)據(jù)元。寄存器的容量為2的冪。例如，一個(gè)寄存器可以具有八比特的容量，其能夠在單個(gè)處理周期中處理一個(gè)八比特以下的數(shù)據(jù)元。舉例來(lái)說(shuō)，8比特寄存器可以在單個(gè)周期中處理一個(gè)4比特?cái)?shù)據(jù)元。當(dāng)然，寄存器的大小一般大于8比特，也就是說(shuō)，寄存器的容量可以是16比特、32比特或者64比特等等。寄存器采用的操作的類(lèi)型的非限定性實(shí)例包括乘以常數(shù)、加法、減法、邏輯左移、邏輯右移、“與”和“或”操作。
在數(shù)據(jù)元已經(jīng)被處理之后，它們可以被發(fā)送到另一個(gè)寄存器進(jìn)行進(jìn)一步處理，或者它們可以被存儲(chǔ)或輸出。為了說(shuō)明，在打印機(jī)領(lǐng)域中，依照一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，一個(gè)服務(wù)器微處理器通過(guò)它的各寄存器處理一個(gè)輸入的數(shù)據(jù)流，它可以輸出一個(gè)所謂的JPEG格式壓縮圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流到一個(gè)打印機(jī)處理器，然后對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行合適的操作以指示打印機(jī)設(shè)備如何打印該圖像。
處理器本身執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言形式的指令，所述指令是有關(guān)什么數(shù)據(jù)元通過(guò)哪些寄存器處理的低級(jí)指令。然而，大部分軟件是用高級(jí)編程代碼例如C語(yǔ)言寫(xiě)的，高級(jí)語(yǔ)言具有自然人可讀和能用相對(duì)較短、能快速書(shū)寫(xiě)的命令表達(dá)相對(duì)復(fù)雜的處理操作的優(yōu)點(diǎn)。編譯器接收高級(jí)編程代碼，從許多選擇中決定最好的方法把它映射成匯編語(yǔ)言，傳遞該映射到匯編程序，然后該匯編程序?qū)⒃搮R編語(yǔ)言映射成處理器可讀的所謂機(jī)器語(yǔ)言。該高級(jí)語(yǔ)言可以是例如具有擴(kuò)展或者宏的C或者C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，而低級(jí)語(yǔ)言可以是其中某些擴(kuò)展或宏已經(jīng)過(guò)解釋或移除的C語(yǔ)言。或者，低級(jí)語(yǔ)言可以是機(jī)器語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言。有時(shí)，程序設(shè)計(jì)員可以選擇直接以低級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)比程序的其他部分執(zhí)行更頻繁的部分程序。盡管寫(xiě)起來(lái)更麻煩，但代碼的這些所謂的“手工制作”部分不需要由高級(jí)語(yǔ)言編譯器進(jìn)行翻譯，從而便于在運(yùn)行時(shí)更快速地處理。
不管處理器是否從編譯器或者直接從手工制作程序接收機(jī)器代碼，本發(fā)明進(jìn)行了中肯的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)情況常常是寄存器空間被浪費(fèi)了。具體來(lái)說(shuō)，如上所述，在每一個(gè)處理周期中，一個(gè)寄存器可能沒(méi)有使用它的全部空間。例如，當(dāng)一個(gè)16比特容量的寄存器被用于處理4比特?cái)?shù)據(jù)元時(shí)，每個(gè)周期中寄存器有12比特的空間被浪費(fèi)了。這減緩了處理時(shí)間，引起了額外的數(shù)據(jù)緩沖需求(從而附帶產(chǎn)生高速緩存未中問(wèn)題)，從而整體上沒(méi)有充分利用處理器容量。因此，本發(fā)明認(rèn)識(shí)到對(duì)處理器性能可適用的可能的改進(jìn)是在單個(gè)周期內(nèi)在一個(gè)寄存器中處理多個(gè)數(shù)據(jù)元。
本發(fā)明還認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)上述認(rèn)識(shí)不是沒(méi)有價(jià)值的，特別是如果要處理的不僅僅是正值，而是既有正值又有負(fù)值(也就是“有符號(hào)的”)，這是由于可能超出寄存器容量，和/或可能在處理期間破壞數(shù)據(jù)。換句話說(shuō)，在本發(fā)明的用法中，一個(gè)“有符號(hào)的”數(shù)據(jù)元不限于非負(fù)值，并且希望在單個(gè)處理周期內(nèi)通過(guò)單個(gè)寄存器處理多個(gè)帶符號(hào)的數(shù)據(jù)元。此外，本發(fā)明認(rèn)為對(duì)于穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，最好處理器不要被制造商限定為每寄存器僅接受預(yù)定比特大小的多個(gè)數(shù)據(jù)元，而希望程序編制器能夠靈活地定義寄存器能按照具體應(yīng)用程序可能發(fā)出的命令接收的各種數(shù)據(jù)元的比特大小。在考察了上述方面后，本發(fā)明在這里提供了解決的方法。
本發(fā)明進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到編譯器可以被用于實(shí)現(xiàn)上述認(rèn)識(shí)。
發(fā)明概述將通用計(jì)算機(jī)按照本發(fā)明的步驟編程以允許在單個(gè)寄存器中使用多于一個(gè)的比特的帶符號(hào)數(shù)據(jù)元。本發(fā)明可以被實(shí)現(xiàn)為一件產(chǎn)品-由數(shù)字處理裝置例如計(jì)算機(jī)使用的機(jī)器部件，其有形地實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以通過(guò)數(shù)字處理器裝置去執(zhí)行本發(fā)明的邏輯的可執(zhí)行指令程序。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)在使數(shù)字處理裝置執(zhí)行本發(fā)明的方法步驟的關(guān)鍵機(jī)器部件中。
因此，一個(gè)通用計(jì)算機(jī)包括采用該方法的邏輯，以在至少一個(gè)第一寄存器中建立至少第一和第二帶符號(hào)多比特?cái)?shù)據(jù)元。該邏輯同時(shí)處理多數(shù)據(jù)元。
假如需要，數(shù)據(jù)元可以是彼此獨(dú)立的。第一數(shù)據(jù)元可以從一個(gè)第一數(shù)據(jù)組中提供，而第二數(shù)據(jù)元可以從一個(gè)第二數(shù)據(jù)組中提供，或者兩個(gè)數(shù)據(jù)元可以從同一數(shù)據(jù)組的不同部分提供。寄存器本身可以傳遞內(nèi)容到計(jì)算子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括但不限于加法器、乘法器或移位器，在數(shù)據(jù)元上同時(shí)執(zhí)行的操作可以是而不限于乘以一個(gè)常量，或乘以一個(gè)已知精度的變量，或者一個(gè)加法，或者一個(gè)邏輯左移。
此外，較大的數(shù)據(jù)元可以在寄存器之間拆分，然后在處理之后重新合并。也就是，第一數(shù)據(jù)元可以是第一部分?jǐn)?shù)據(jù)元，與之有關(guān)的第二部分?jǐn)?shù)據(jù)元建立在第二寄存器中，第一和第二部分?jǐn)?shù)據(jù)元在處理之后合并。
如下所述，對(duì)于每一個(gè)在單個(gè)周期中在寄存器中被處理的數(shù)據(jù)元，向其寄存器分配相應(yīng)的精度，使得可以由一個(gè)數(shù)據(jù)元代表的最大負(fù)數(shù)比相應(yīng)的精度代表的最大負(fù)數(shù)大一值。這可以包括基于[-2N-1+1]到[+2N+1+1]確定一個(gè)用于數(shù)據(jù)元的精度邊界(precision bound)，其中N是數(shù)據(jù)元中的比特?cái)?shù)。
另外，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在執(zhí)行邏輯運(yùn)算之前，確定用于任何乘法常量為達(dá)到所需精度所需的凈比特?cái)?shù)。然后，使用所述凈比特?cái)?shù)和乘法常量，確定精度的凈比特?cái)?shù)。寄存器中的空間按照確定的精度被分配。
一旦寄存器已經(jīng)通過(guò)為每個(gè)寄存器分配多個(gè)帶符號(hào)數(shù)據(jù)元的空間而建立，數(shù)據(jù)元的處理就通過(guò)按照精度的凈比特?cái)?shù)把多個(gè)數(shù)據(jù)元壓縮到(pack into)各寄存器而執(zhí)行。然后，用相同的操作數(shù)對(duì)每一個(gè)寄存器中的所有數(shù)據(jù)元同時(shí)操作。然后，數(shù)據(jù)元被傳遞用于進(jìn)一步處理、存儲(chǔ)或輸出。
當(dāng)使一個(gè)寄存器中的第一和第二數(shù)據(jù)元彼此獨(dú)立時(shí)，該邏輯將第一數(shù)據(jù)元中的符號(hào)位加到第二數(shù)據(jù)元中的最低有效位。或者，體現(xiàn)于邏輯中的方法包括屏蔽第一和第二數(shù)據(jù)元中的符號(hào)位，將符號(hào)位加回寄存器，舍棄每一個(gè)數(shù)據(jù)元中的符號(hào)位位置上的值。
此外，如下文詳細(xì)所述，可以確定是否包含一個(gè)在零值附近的數(shù)據(jù)元。同樣，可以這樣進(jìn)行右移位運(yùn)算在第一寄存器中保存用于一個(gè)壓縮到(packed in)第二寄存器的數(shù)據(jù)元的符號(hào)位，然后將按照右移位算法要移出數(shù)據(jù)元的至少一個(gè)最低有效位歸零。第一寄存器中的符號(hào)位被恢復(fù)到第二寄存器中的數(shù)據(jù)元。另外，可在單個(gè)處理周期中對(duì)單個(gè)寄存器中的至少兩個(gè)數(shù)據(jù)元確認(rèn)算法相等性。通常，可以按每個(gè)數(shù)據(jù)元一個(gè)周期進(jìn)行算術(shù)比較。
在另一方面，一種計(jì)算機(jī)程序裝置包括一個(gè)能由數(shù)字處理裝置讀取的計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)裝置。一個(gè)程序在該程序存儲(chǔ)裝置上，該程序包括可以由數(shù)字處理裝置執(zhí)行的指令，用于執(zhí)行處理多比特帶符號(hào)數(shù)據(jù)元的方法。該程序包括計(jì)算機(jī)可讀碼裝置，用于把至少第一和第二數(shù)據(jù)元寫(xiě)入單個(gè)寄存器。計(jì)算機(jī)可讀碼裝置同時(shí)處理所述數(shù)據(jù)元。
再一個(gè)方面，一個(gè)處理器包括至少第一和第二寄存器。至少第一和第二帶符號(hào)多比特?cái)?shù)據(jù)元在第一寄存器中，處理器使用一個(gè)操作數(shù)對(duì)第一和第二數(shù)據(jù)元同時(shí)操作。
在另一方面，一個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法包括，對(duì)于一個(gè)第一程序，確定將在單個(gè)寄存器中分配用于分別保存第一和第二帶符號(hào)數(shù)據(jù)元的第一和第二精度。所述數(shù)據(jù)元被壓縮到(packed into)寄存器，然后對(duì)之操作。對(duì)于一個(gè)第二程序，確定將在單個(gè)寄存器中分配用于分別保存第三和第四帶符號(hào)數(shù)據(jù)元的第三和第四精度。第一和第三精度和/或第二和第四精度可以彼此不同。第三和第四數(shù)據(jù)元被壓縮到寄存器，然后對(duì)之操作。
相應(yīng)地，一個(gè)通用計(jì)算機(jī)包括一個(gè)編譯器，用于接收高級(jí)代碼，并輸出低級(jí)代碼以使處理器能夠在單個(gè)寄存器中同時(shí)處理多個(gè)多比特?cái)?shù)據(jù)元。由編譯器輸出的低級(jí)代碼邏輯包括在一個(gè)第一寄存器中建立至少第一和第二帶符號(hào)多比特?cái)?shù)據(jù)元，然后同時(shí)處理所述數(shù)據(jù)元。用于這些壓縮的數(shù)據(jù)元(packed elements)的精度確定他們的壓縮結(jié)構(gòu)(packing configuration)。在本說(shuō)明書(shū)中，“輸入精度”指在同時(shí)操作之前各數(shù)據(jù)元的初始精度，而“輸出精度”指在同時(shí)操作完成之前各數(shù)據(jù)元的最終最大精度。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在產(chǎn)生用于壓縮(packing)數(shù)據(jù)的指令和用于同時(shí)操作的指令之前，編譯器可以訪問(wèn)一個(gè)標(biāo)記或一個(gè)配置狀態(tài)(configuration state)以決定是否由程序編制器(programmer)或者編譯器從輸入精度計(jì)算輸出精度。當(dāng)由程序編制器確定時(shí)，輸出精度可以由編譯器指令、變量定義或者配置文件指定給編譯器。與此相反，當(dāng)輸出精度由編譯器從輸入精度確定時(shí)，編譯器計(jì)算將對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行的操作的數(shù)量和類(lèi)型，對(duì)每一個(gè)加法或減法將輸入精度擴(kuò)展一個(gè)比特，并擴(kuò)展充分的比特?cái)?shù)以適應(yīng)乘法操作，同時(shí)當(dāng)需要時(shí)通過(guò)擴(kuò)展一個(gè)比特來(lái)保證可以由一個(gè)數(shù)據(jù)元代表的最大值負(fù)數(shù)比可以輸出精度表示的最大負(fù)數(shù)大一。
編譯器也可以產(chǎn)生代碼以進(jìn)行使處理之后的數(shù)據(jù)元彼此獨(dú)立的操作，假如要執(zhí)行的程序的需求如此要求的話。為此，編譯器可以訪問(wèn)編譯器指令或特定高級(jí)語(yǔ)言(HLL)語(yǔ)法以決定是否使數(shù)據(jù)元彼此獨(dú)立，即何時(shí)拆分?jǐn)?shù)據(jù)元。
在另一方面，一個(gè)計(jì)算機(jī)程序裝置包括一個(gè)可以由數(shù)字處理裝置讀取的計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)設(shè)備。一個(gè)編譯器程序在該程序存儲(chǔ)裝置上。該編譯器程序包括產(chǎn)生低級(jí)代碼的指令，所述低級(jí)代碼可由數(shù)字處理裝置執(zhí)行，用于處理多比特帶符號(hào)數(shù)據(jù)元。該編譯程序包括一個(gè)用于輸出一個(gè)低級(jí)代碼的計(jì)算機(jī)可讀代碼裝置，其把至少第一和第二數(shù)據(jù)元壓縮到單個(gè)寄存器中。同樣，該編譯器程序包括計(jì)算機(jī)可讀代碼裝置，用于輸出低級(jí)代碼以同時(shí)處理數(shù)據(jù)元。
在又一方面，一個(gè)方法包括定義用于編譯器的至少一個(gè)編譯器指令。該編譯器指令定義至少一個(gè)用于數(shù)據(jù)元的起始精度，或要壓縮到一個(gè)公共寄存器中，由一算法彼此同時(shí)操作的各數(shù)據(jù)元的多個(gè)數(shù)據(jù)源，或者不編譯通過(guò)編譯器接收的代碼的預(yù)定部分的指令。


參照隨后的附圖，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方面的細(xì)節(jié)可以得到更好的附圖中相同的標(biāo)記指相同的部件，其中圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；圖2A是一個(gè)替代系統(tǒng)的示意圖；圖2B是另一個(gè)替代系統(tǒng)的示意圖；圖3是一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器中多個(gè)獨(dú)立比特的略圖；圖4是本發(fā)明總體邏輯的流程圖；圖5A是用于核實(shí)對(duì)于某過(guò)程本發(fā)明的規(guī)則能被滿(mǎn)足的程序編制器/編譯器邏輯的流程圖；圖5B是程序初始化邏輯的流程圖；圖5C是用于核實(shí)對(duì)于某過(guò)程本發(fā)明的規(guī)則能被滿(mǎn)足的邏輯的流程圖；圖6是寄存器建立邏輯的流程圖；圖7是總體執(zhí)行邏輯的流程圖；圖8和9是用于在單個(gè)寄存器中實(shí)行獨(dú)立數(shù)據(jù)元的可選邏輯流的流程圖；圖10是用于確定在零附近是否包含一個(gè)數(shù)據(jù)元的邏輯的流程圖；圖11是用于算術(shù)右移的邏輯的流程圖；和圖12是用于算術(shù)比較的邏輯的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述先參考附圖1和2，示出了一個(gè)總體上標(biāo)記為10的系統(tǒng)，用于使處理器的每個(gè)單個(gè)寄存器能夠同時(shí)處理多個(gè)帶符號(hào)獨(dú)立多比特?cái)?shù)據(jù)元。圖1和2示出多種非限制性的方法，其中可利用本發(fā)明提供的處理效率。例如，在圖1中，一個(gè)可以使用一個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的編譯器11的服務(wù)器處理器12接收一個(gè)單源輸入數(shù)據(jù)流，例如為代表圖像的“TIFF”格式，該處理器對(duì)數(shù)據(jù)流的處理與不利用本發(fā)明相比快m倍，輸出例如JPEG格式的壓縮圖像數(shù)據(jù)，其中m在下面進(jìn)一步按照每周期每寄存器的數(shù)據(jù)元定義。JPEG數(shù)據(jù)被發(fā)送到一個(gè)打印機(jī)微處理器14，后者命令一個(gè)打印機(jī)裝置16去打印圖像。應(yīng)該理解，本發(fā)明通常應(yīng)用到所有的數(shù)據(jù)類(lèi)型，而不僅僅是圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)它也可以應(yīng)用到單處理器系統(tǒng)或多處理器系統(tǒng)。例如，本發(fā)明應(yīng)用到數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理、聲音壓縮、糾錯(cuò)編碼、多通道解析(multiple channelresolution)等等。因?yàn)樵诖丝墒褂幂^少處理器進(jìn)行并行處理，成本/功率/尺寸/重量可以降低。
圖1和2A示出了使用編譯器11的服務(wù)器微處理器。應(yīng)該理解，本發(fā)明的編譯器可以存在于任何地方，僅僅最終的機(jī)器代碼需要被寫(xiě)入到微處理器用于執(zhí)行。圖2A示出系統(tǒng)10的優(yōu)點(diǎn)可以被進(jìn)一步利用以使服務(wù)器處理器微處理器去同時(shí)處理來(lái)自第一和第二數(shù)據(jù)組的兩個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)流，以輸出相應(yīng)的第一和第二輸出流到單個(gè)打印機(jī)微處理器18，或者到相應(yīng)的第一和第二打印機(jī)微處理器18、20。接下來(lái)，每個(gè)打印機(jī)處理器18、20可以控制自己的打印機(jī)裝置(在圖2A中僅僅示出裝置22)，或者，單個(gè)打印機(jī)微處理器可以控制兩個(gè)打印機(jī)裝置。無(wú)論如何，不同的圖像(其是不同數(shù)據(jù)流的實(shí)例)或者相同圖像(數(shù)據(jù)流)的不同部分可以同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)10處理，這樣，處理代碼的核心保持不變。
圖2B示出，合并圖像數(shù)據(jù)輸出1&2可以從一個(gè)服務(wù)器微處理器12A發(fā)送到一個(gè)編程為拆分所述數(shù)據(jù)的打印機(jī)微處理器14A，以節(jié)省在微處理器12A、14A之間網(wǎng)絡(luò)連接的帶寬。在這種情況下，例如，數(shù)據(jù)輸出1&2可以是到相應(yīng)的打印機(jī)裝置16A中的相應(yīng)的色彩引擎(color engine)的兩個(gè)彩色分量。
在一個(gè)預(yù)定的實(shí)施例中，處理器12可以是由紐約Armonk的國(guó)際商用機(jī)器公司(IBM)制造的個(gè)人計(jì)算機(jī)，或者處理器12可以是任何的計(jì)算機(jī)，包括在諸如AS400等商標(biāo)下售出的具有附隨的IBM網(wǎng)絡(luò)站的計(jì)算機(jī)?；蛘撸撎幚砥?2可以是UNIX服務(wù)器，或者OS/2服務(wù)器，或者Windows NT服務(wù)器，或者IBM工作站，或者一個(gè)IBM便攜式計(jì)算機(jī)。另外，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明寄存器的本發(fā)明處理器可以是一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，專(zhuān)門(mén)的硬件、依照標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)建立的用于處理子系統(tǒng)和算術(shù)邏輯部件(ALU)的芯片。這里使用的術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)寄存器”指所有這些數(shù)據(jù)處理單元中的寄存器。
考慮到本發(fā)明結(jié)構(gòu)的上述概述，應(yīng)該理解本發(fā)明的邏輯依照下面討論的流程圖在圖1所示的結(jié)構(gòu)上被執(zhí)行。這里的流程圖描述了實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)程序軟件中和/或編程步驟的本發(fā)明的邏輯的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能明白，所述流程圖描述了按本發(fā)明運(yùn)作的邏輯部件，例如計(jì)算機(jī)程序代碼部件或電子邏輯電路的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明在其實(shí)質(zhì)性的實(shí)施例中通過(guò)一個(gè)機(jī)器部件實(shí)現(xiàn)，使邏輯部件指令一個(gè)數(shù)字處理裝置(也就是計(jì)算機(jī))去執(zhí)行與圖中所示相應(yīng)的功能步驟序列。
換句話說(shuō)，部分邏輯可以通過(guò)一個(gè)編譯器程序11實(shí)現(xiàn)，該程序作為一系列計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令通過(guò)處理器12執(zhí)行。這些指令可以例如存在處理器12的RAM中，或一個(gè)硬盤(pán)上，或處理器12的光驅(qū)中，或者指令可以被存儲(chǔ)在一個(gè)DASD陣列、磁帶、電子只讀存儲(chǔ)器中，或者其它合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。
現(xiàn)在參看圖3，處理器12的寄存器24被示意性的示出。在該實(shí)例中，寄存器24是一個(gè)16比特寄存器，并且它包括第一和第二數(shù)據(jù)元26、28。這里參照寄存器用于描述的術(shù)語(yǔ)“左”和“右”是與圖3的順序和標(biāo)記一致的。最低有效位和最高有效位的另外的寄存器順序需要另一種協(xié)議(convention)。
對(duì)于在圖3中示出的說(shuō)明性的實(shí)例，第一(最右)數(shù)據(jù)元包括兩個(gè)保護(hù)位和八個(gè)數(shù)據(jù)位，因此總體“精度”為+(10)，同時(shí)第二(左)數(shù)據(jù)元28具有兩個(gè)保護(hù)位和4個(gè)數(shù)據(jù)位，因而精度為六(6)。按照專(zhuān)注于二進(jìn)制補(bǔ)碼計(jì)算的本發(fā)明，最左邊的保護(hù)位是一個(gè)“符號(hào)位”，因?yàn)樗幻枋鰯?shù)據(jù)元的符號(hào)。
應(yīng)該理解，按照本發(fā)明的原理，寄存器24可以是任何足以容納“m”個(gè)數(shù)據(jù)元的大小，同時(shí)數(shù)據(jù)元可以具有相同或不同的大小。因此，本發(fā)明的寄存器可以是容納兩個(gè)16比特?cái)?shù)據(jù)元的32比特寄存器，或者它可以容納兩個(gè)以上的N比特?cái)?shù)據(jù)元，或者他可以是一個(gè)容納4個(gè)16比特?cái)?shù)據(jù)元的64比特寄存器等等。無(wú)論如何，每一個(gè)數(shù)據(jù)元是一個(gè)多比特?cái)?shù)據(jù)元，其既可以是正的，也可以是負(fù)的，因此，它是一個(gè)“帶符號(hào)”的數(shù)據(jù)元，數(shù)據(jù)元26、28的大小在處理器28的制造期間沒(méi)有被約束為單一的、預(yù)定的大小，而是可依據(jù)特定應(yīng)用由程序編制器定義。應(yīng)該進(jìn)一步理解，寄存器24存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元，當(dāng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，該寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)元到計(jì)算子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括但不限于加法器、乘法器或移位器。
圖4示出了在此考慮四個(gè)發(fā)展階段。按照本發(fā)明，編譯器11可以采用邏輯，或者如母申請(qǐng)公開(kāi)的那樣，部分邏輯可以由程序員采用。第一步，在方框30，是算法設(shè)計(jì)，這里確定考慮中的特定處理是否可以符合本發(fā)明。當(dāng)通過(guò)編譯器11采用時(shí)，在下詳細(xì)所述，方框30的步驟對(duì)應(yīng)于讀取諸如C等高級(jí)語(yǔ)言代碼的編譯器11，并決定如何把高級(jí)語(yǔ)言代碼翻譯成低級(jí)代碼。
框32代表的第二步是程序初始化，其中在本發(fā)明的寄存器中執(zhí)行本發(fā)明的細(xì)節(jié)通過(guò)編譯器11確定，這樣就產(chǎn)生了合適地初始化代碼。然后，在框33中進(jìn)行寄存器設(shè)置(register set up)，這里編譯器產(chǎn)生用于把輸入數(shù)據(jù)壓縮到目標(biāo)處理器寄存器中的代碼。第四個(gè)階段是執(zhí)行，由框34表示，其中產(chǎn)生的代碼在目標(biāo)處理器由操作員、自動(dòng)腳本程序或者其它能使產(chǎn)生的代碼運(yùn)行的其它裝置執(zhí)行。按照本發(fā)明，所有的這些階段下面進(jìn)一步討論，使用框32、33和34代表編譯器11如何實(shí)際地使高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)為匯編語(yǔ)言。如上所述，編譯器另一方面可產(chǎn)生由傳統(tǒng)的編譯器編譯的傳統(tǒng)的高級(jí)語(yǔ)言指令。
對(duì)于第一階段(算法設(shè)計(jì))，現(xiàn)在參考圖5C。在框36開(kāi)始，每一個(gè)原始數(shù)據(jù)元指示的所需精度所需的比特?cái)?shù)被確定。然后在框38，對(duì)于每一個(gè)將被操作的數(shù)據(jù)元，對(duì)數(shù)據(jù)元將經(jīng)歷的每一操作可能需要的附加精度位數(shù)被確定。例如，將兩個(gè)數(shù)據(jù)元加到一起可能引起輸出數(shù)據(jù)元比輸入數(shù)據(jù)元大一位。
從框38，邏輯移到判定菱形框40，這里確定在框38中分配的精度是否滿(mǎn)足最大負(fù)數(shù)規(guī)則(maximum negative number rule)。“最大負(fù)數(shù)”的意思是具有最大絕對(duì)值的負(fù)數(shù)。特別的，在判定菱形框40，判斷可由數(shù)據(jù)元代表的最大負(fù)數(shù)是否比以相應(yīng)的精度代表的最大負(fù)數(shù)，例如以N位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的-2N-1大一。若否，則在框42，對(duì)數(shù)據(jù)元分配一個(gè)附加精度位。在框44，充分的空間被分配到寄存器中用于數(shù)據(jù)元的最優(yōu)壓縮，例如確定如何用將被與其它數(shù)據(jù)元一起同時(shí)保存在一個(gè)寄存器中的可用數(shù)據(jù)元最有效地填充可用寄存器，從而使未使用寄存器容量最低。例如，對(duì)于一個(gè)8比特的原始數(shù)據(jù)元，其將經(jīng)歷最多6個(gè)加法操作，分配到該數(shù)據(jù)元的精度將是(8+6)＝14。
圖5B示出了程序初始化邏輯，在判定菱形框45.1，它確定是否進(jìn)行等同性比較。若有，在框45.2，在對(duì)齊數(shù)據(jù)元(element alignments)上壓縮等同性比較項(xiàng)，即，將要比較的項(xiàng)壓縮到相應(yīng)寄存器中的相同寄存器位置，圖5B的流程還描述了在判定菱形框45.3，接下來(lái)判斷是否進(jìn)行范圍比較，若有，用于每一個(gè)這種比較的下界將在框45.4中確定。然后，在框45.5，在對(duì)齊數(shù)據(jù)元(element alignments)上壓縮下界項(xiàng)。從框45.5，邏輯將移到框45.6去壓縮比較范圍。
從框45.6，或當(dāng)判斷為否時(shí)從判定菱形框45.3，邏輯流到判定菱形框45.65，在此確定是否需要知道數(shù)據(jù)元的符號(hào)位置。假如是的話，一個(gè)掩碼在框45.7產(chǎn)生，用于屏蔽下面討論的符號(hào)位位置。從框45.7，或當(dāng)判斷為否時(shí)從判定菱形框45.65，邏輯流到判定菱形框45.8，在此確定是否進(jìn)行邏輯右移操作。假如是的話，在框45.9產(chǎn)生一個(gè)掩碼，用于清除下面討論的被移位的比特位置。
關(guān)于第一階段(算法邏輯)，現(xiàn)在參照?qǐng)D5A，其第一部分(直到框39)是代表程序員采用的邏輯。從框35開(kāi)始，將被編譯的程序用高級(jí)語(yǔ)言寫(xiě)成。在框35.1，識(shí)別出可按照下面的說(shuō)明被并行化(parallelized)的程序部分。移動(dòng)到框35.2，編譯器指令被插入到程序中，識(shí)別所述“可并行化的”部分。
舉例來(lái)說(shuō)，如下討論的圖7-9描述了各種執(zhí)行邏輯，所述邏輯提供對(duì)兩個(gè)或更多獨(dú)立數(shù)據(jù)流的同時(shí)操作，例如在兩個(gè)或更多將被并行打印的不同圖像上執(zhí)行相同的算法。當(dāng)情況是這樣時(shí)，編譯器11必須在算法調(diào)用點(diǎn)和算法定義上知道這種情況可能發(fā)生，編譯器指令被用于傳送這種情況到編譯器11。下面是這樣的指令的一個(gè)實(shí)例/*在調(diào)用算法時(shí)*/#begin parallel_algorithm_callssignal_processing_algorithm(data_pointer_1)；signal_processing_algorithm(data_pointer_2)；signal_processing_algorithm(data_pointer_3)；signal_processing_algorithm(data_pointer_4)；#end parallel_algrithm_calls/*在算法定義上*/#parallel_algorithmvoid_signal_processing_algorithm(int*data_pointer){/*……*/}一個(gè)內(nèi)嵌可平行化計(jì)算(in-line parallelizable computation)可以以相同方式規(guī)定，例如編譯指令內(nèi)部的說(shuō)明來(lái)規(guī)定。還有另一個(gè)編譯指令可以被定義為阻止編譯器11對(duì)程序員不希望優(yōu)化的代碼(例如，假如代碼是由程序員(以機(jī)器語(yǔ)言)手寫(xiě)的)執(zhí)行并行化優(yōu)化邏輯?？梢詰?yīng)用到一個(gè)循環(huán)的這樣一個(gè)指令的實(shí)例是#begin optimization_keepoutwhile(condition){/*……*/}#end optimization_keepout下一步，在框36，確定由每一個(gè)原始數(shù)據(jù)元支配的所需精度所需的比特?cái)?shù)，例如，對(duì)將被操作的每一個(gè)數(shù)據(jù)元確定輸入精度。在判定菱形框37，它確定編譯器是否確定輸出精度，若是，程序員(程序編制器，programmer)在框38.4使用編譯器指令，或通過(guò)定義合適的變量類(lèi)型，或通過(guò)使用配置文件，來(lái)指定輸入精度。下面示出一個(gè)舉例的編譯器指令。這里所有示出的實(shí)例使用用于“C”編程語(yǔ)言的語(yǔ)法，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，向其它編程語(yǔ)言的擴(kuò)展將是顯而易見(jiàn)的?？梢詳U(kuò)展的其它編程語(yǔ)言包括但不僅僅限于RORTRAN，Pascal，Ada和Java。例如，假如支持編譯器的指令是依如下所示的舉例的語(yǔ)法，程序員可以寫(xiě)出以下所示的編譯器指令以定義一個(gè)初始精度#fixed_precision 9int variable_name為了定義一個(gè)9比特定點(diǎn)變量?；蛘呒偃缇幾g器支持變量說(shuō)明語(yǔ)法，例如在下面實(shí)例中顯示的，上述步驟同樣可以通過(guò)定義一個(gè)新的整數(shù)類(lèi)型作為定點(diǎn)(9)變量名稱(chēng)(variable_name)而進(jìn)行。如上所述，定義初始精度的第三種方法可以是在編譯時(shí)包括一個(gè)指定用于選定值的變量范圍、名稱(chēng)和精度的配置文件。
另一方面，假如編譯器11不確定輸出精度，程序員必定這樣做，因此在這種情況下，邏輯從判定菱形框37移動(dòng)到框38。在框38，對(duì)于每一個(gè)將被操作的數(shù)據(jù)元，確定數(shù)據(jù)元將經(jīng)歷的每一個(gè)操作可能需要的附加精度位數(shù)。例如，將兩個(gè)數(shù)據(jù)元加在一起可以導(dǎo)致輸出數(shù)據(jù)元比輸入信元大一個(gè)比特。
從框38，邏輯轉(zhuǎn)到判定菱形框38.1，在此確定在框38中分配的精度是否滿(mǎn)足最大負(fù)數(shù)規(guī)則?！白畲筘?fù)數(shù)”的意思是具有最大絕對(duì)值的負(fù)數(shù)。具體地，在判定菱形框38.1，確定可以由數(shù)據(jù)元代表的最大負(fù)數(shù)是否比可以相應(yīng)精度表示的最大負(fù)數(shù)，例如以N位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的-2N+1大一。若否，則在框38.2中為數(shù)據(jù)元分配一個(gè)附加精度位。所得輸出精度在框38.3中以編譯器指令、變量類(lèi)型或配置文件的形式規(guī)定。
應(yīng)該注意，這里，當(dāng)輸出精度由編譯器確定時(shí)，與由程序員確定輸出精度相比，系統(tǒng)更能耐受對(duì)程序員的錯(cuò)誤。但是，當(dāng)輸出精度由程序員確定時(shí)，則編譯器11具有兩種選擇。首先，編譯器可以產(chǎn)生指令以執(zhí)行精度的運(yùn)行期檢查以保證不發(fā)生下溢(可能包括最大值負(fù)數(shù)的發(fā)生)和上溢，假如發(fā)生的話則提供環(huán)繞式運(yùn)算和飽和式運(yùn)算(wrapand saturation)?；蛘?，編譯器11可以假定程序設(shè)計(jì)者已經(jīng)正確的提供了足夠的精度，其優(yōu)點(diǎn)是比運(yùn)行期檢查消耗更少的執(zhí)行周期，但是其缺點(diǎn)是潛在地允許下溢和上溢，這可能會(huì)破壞整個(gè)寄存器的內(nèi)容。因此，按照預(yù)想，程序員可以使用較慢但更穩(wěn)定的方法使編譯器產(chǎn)生指令去執(zhí)行運(yùn)行期檢查以校驗(yàn)執(zhí)行情況，然后在執(zhí)行校驗(yàn)之后的編譯期間禁止運(yùn)行期檢查以加速執(zhí)行。
無(wú)論如何，來(lái)自框38.3的輸出精度或者來(lái)自框38.4的輸入精度被發(fā)送到編譯器11，圖5中的剩余部分代表編譯器11邏輯。在框39，編譯器11讀取上面提到的文件。在框39通過(guò)分析高級(jí)代碼或通過(guò)讀取編譯器指令識(shí)別任何并行化指令。繼續(xù)到判定菱形框40，編譯器11確定它是否要確定輸出精度(例如，通過(guò)對(duì)操作計(jì)數(shù))。編譯器通過(guò)訪問(wèn)一個(gè)編譯器指令、一個(gè)標(biāo)記、或一個(gè)配置文件作出該決定。假如該測(cè)試的結(jié)果是肯定的，將被并行操作的數(shù)據(jù)元的輸入精度在框41.1讀出，然后由編譯器11在框41.2基本上重復(fù)上面結(jié)合框38.1、38.2、38.3討論的邏輯，以生成輸出精度。相反，當(dāng)編譯器11不確定數(shù)據(jù)元的輸出精度時(shí)，這意味著來(lái)自框38.3的精度在框41.3中讀出。
繼續(xù)到框42，將被并行處理的變量被分組。下一步，在框43，編譯器11在寄存器中分配足夠的空間用于數(shù)據(jù)元的最優(yōu)壓縮，即確定如何用將與其它數(shù)據(jù)元一起同時(shí)保存在一個(gè)寄存器中的可用數(shù)據(jù)元最有效地填充可用寄存器，從而使未使用寄存器容量最小。例如，對(duì)于將經(jīng)歷最多六個(gè)加法操作的8比特原始數(shù)據(jù)元的緊密壓縮，分配給該數(shù)據(jù)元的精度將是(8+6)＝14。在框44.1，訪問(wèn)所產(chǎn)生的執(zhí)行下述“并行化”方法的指令，程序的不可并行化部分在框44.2被編譯/翻譯。得到的低級(jí)代碼在框44.3輸出用于如下所述在一個(gè)處理器上運(yùn)行以并行處理數(shù)據(jù)元。
圖5B示出了由編譯器執(zhí)行的和以編譯器11輸出的低級(jí)代碼實(shí)現(xiàn)的程序初始化邏輯。在判定菱形框45.1，編譯器確定是否要進(jìn)行相等性比較。若有，編譯器產(chǎn)生代碼以在框45.2中對(duì)齊在數(shù)據(jù)元(elementalignments)上壓縮相等性比較項(xiàng)，即，將要相互比較的項(xiàng)壓縮到相應(yīng)的寄存器中，或者在相同的寄存器位置的常量或者變量中。圖5A中的流程還描述了在判定菱形框45.3，編譯器確定是否要進(jìn)行范圍的比較，若是，則編譯器確定每一個(gè)這種比較的下界，或者編譯器產(chǎn)生用于在框45.4確定每一個(gè)這種比較的下界的代碼。然后，在框45.4，編譯器45.4產(chǎn)生用于在對(duì)齊數(shù)據(jù)元(element alignments)上壓縮下界項(xiàng)(lower boundary terms)的代碼。邏輯從框45.5移到框45.6，在此編譯器產(chǎn)生壓縮比較范圍的代碼。
邏輯從框45.6，或者當(dāng)判斷結(jié)果為否時(shí)從判定菱形框45.1轉(zhuǎn)到判定菱形框45.65，這里確定是否需要知道數(shù)據(jù)元的符號(hào)位置。如果需要，編譯器在框45.5產(chǎn)生一個(gè)掩碼，用于如下所述屏蔽符號(hào)位位置。邏輯從框45.7，或者當(dāng)判斷結(jié)果為否時(shí)從判定菱形框45.65轉(zhuǎn)到判定菱形框45.8，這里確定是否要執(zhí)行邏輯右移操作。如果是，編譯器在框45.9產(chǎn)生一個(gè)掩碼，用于如下所述清除移位比特位置。
圖6示出了由編譯器11的輸出代碼執(zhí)行的寄存器設(shè)置邏輯。具體地，應(yīng)該理解，剩余的圖的邏輯由編譯器11產(chǎn)生的代碼執(zhí)行。從框46開(kāi)始，對(duì)于一個(gè)具有“m”個(gè)值的寄存器，將第m個(gè)值左移(同樣按照?qǐng)D3中描述的方向)一個(gè)其右邊的值的寬度，例如1，……，(m-1)個(gè)值的寬度。在框48，包括在框46中移位的值的數(shù)據(jù)元被加到指定的寄存器?？?0表示框46和48的處理被循環(huán)，直到將要壓縮到寄存器中的所有數(shù)據(jù)被加到該寄存器中。邏輯在位置55結(jié)束。應(yīng)該理解原始數(shù)據(jù)元可以被分成在不同的寄存器中作為其自身中的和自身的數(shù)據(jù)元處理的子數(shù)據(jù)元，然后在處理之后進(jìn)行合并。例如，假如兩個(gè)完整的數(shù)據(jù)元加上特定處理可能需要的兩組額外精度不能放入一個(gè)寄存器中，則一個(gè)完整的數(shù)據(jù)元加上一個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)元連同兩組額外精度可以通過(guò)一個(gè)寄存器處理，同時(shí)剩余的子數(shù)據(jù)元可以通過(guò)目標(biāo)處理器的另一個(gè)寄存器處理。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)元已知為正，并且已經(jīng)被壓縮，不具有保護(hù)位時(shí)，該壓縮處理(packing process)可以是更簡(jiǎn)單，可以由每隔一個(gè)選擇一個(gè)數(shù)據(jù)元的移位屏遮蔽操作組成，將結(jié)果留在兩個(gè)寄存器中，保護(hù)位等于數(shù)據(jù)元的輸入精度。
當(dāng)依照本分明要處理的所有數(shù)據(jù)元都滿(mǎn)足上述條件時(shí)，沒(méi)有發(fā)生預(yù)先借位的左進(jìn)位傳送(依照?qǐng)D3中示出的舉例寄存器24)可能從不發(fā)生。這是所希望的，因?yàn)椴蝗坏脑挍](méi)有預(yù)先借位的左進(jìn)位傳送會(huì)指出數(shù)據(jù)元上溢到鄰近數(shù)據(jù)元中。此外，滿(mǎn)足最大負(fù)數(shù)測(cè)試保證了借位僅僅遵從下溢情況下的借位。因?yàn)樗峁┚o鄰受影響的數(shù)據(jù)元右側(cè)的數(shù)據(jù)元變號(hào)所需的借位。于是在任何一個(gè)處理周期中，寄存器中的每一個(gè)數(shù)據(jù)元至多有一個(gè)借位，而且該借位由相鄰(右側(cè))數(shù)據(jù)元的符號(hào)位(符號(hào)位是一個(gè)數(shù)據(jù)元的最高有效位)中出現(xiàn)的“1”位表示。
一旦寄存器設(shè)置處理已經(jīng)完成，則輸入數(shù)據(jù)流可以通過(guò)執(zhí)行圖7中示出的邏輯進(jìn)行處理，其中編譯器產(chǎn)生用于圖中所示邏輯的低級(jí)代碼。在框56，按照前述的空間分配，數(shù)據(jù)元被壓縮到處理器12的寄存器中。特別的，在框56中，多個(gè)多比特帶符號(hào)的數(shù)據(jù)元被壓縮到處理器12的至少一個(gè)寄存器中。然后，在每一個(gè)處理周期中，在每一個(gè)保持多個(gè)數(shù)據(jù)元的寄存器中，通過(guò)同樣的操作，即，通過(guò)由程序?qū)崿F(xiàn)的操作，同時(shí)處理所述數(shù)據(jù)元。一個(gè)周期的操作包括兩個(gè)寄存器的相加/相減，立即值的相加/相減，邏輯左移，單個(gè)值或已知精度的變量的正或負(fù)乘法(positive or negative multiplication)，等同運(yùn)算，帶符號(hào)位的“與”操作，符號(hào)位的“或”操作。同樣，寄存器中最高位(最左)比特上的數(shù)據(jù)元的算術(shù)比較可以針對(duì)單個(gè)周期內(nèi)的預(yù)定量執(zhí)行，假如該最高位比特在比較后可以被舍棄，寄存器中低位數(shù)據(jù)元(lower-order elements)的這種比較需要一個(gè)額外的周期以復(fù)制該數(shù)據(jù)元并將其移位到另一個(gè)寄存器或同一寄存器中的最高位(highest-order bit)。算術(shù)右移，邏輯右移、某些比較和非操作都要求額外的周期，但是對(duì)于所有的數(shù)據(jù)元都可以在多個(gè)周期中完成。對(duì)于獨(dú)立寄存器中將被彼此比較、彼此相加或彼此相減的數(shù)據(jù)元，相應(yīng)數(shù)據(jù)元必須對(duì)齊，即，第一寄存器中將與第二寄存器的第二數(shù)據(jù)元比較、相加或相減的第一數(shù)據(jù)元在第一寄存器中占據(jù)的位置必須與第二數(shù)據(jù)元在第二寄存器中的位置相同。
在同時(shí)操作之后，邏輯轉(zhuǎn)移到判定菱形框59，其中判斷數(shù)據(jù)元是否要拆分。特別的，單個(gè)寄存器中將被同時(shí)操作的數(shù)據(jù)元按照上述的編譯器指令的定義或在一并行執(zhí)行模塊結(jié)束后可能需要是彼此獨(dú)立的。在編譯器產(chǎn)生的代碼中，在該代碼執(zhí)行同時(shí)操作之后，假如數(shù)據(jù)元需要被拆分，則編譯器必須插入低級(jí)代碼以執(zhí)行該拆分。該邏輯反映在判定菱形框59中，其表示在生成同時(shí)在單個(gè)寄存器中對(duì)壓縮的獨(dú)立數(shù)據(jù)元進(jìn)行操作的指令之后，生成指令以依照下面討論的圖8或圖9的邏輯分離數(shù)據(jù)元。通常，對(duì)于獨(dú)立的數(shù)據(jù)元，邏輯移到框62，其中在一個(gè)寄存器中的被處理的數(shù)據(jù)元被拆分并發(fā)送到獨(dú)立的寄存器或存儲(chǔ)器。在框64，作為一個(gè)大的數(shù)據(jù)元的子數(shù)據(jù)元的數(shù)據(jù)元被彼此合并。從框64，或在寄存器中的壓縮數(shù)據(jù)元不需要彼此獨(dú)立的情況下從判定菱形框59，數(shù)據(jù)元被發(fā)送用于存儲(chǔ)、輸出、或在框66中進(jìn)一步處理。
圖8-12描述了在編譯器11的輸出中實(shí)現(xiàn)的本分明的各種優(yōu)選的細(xì)節(jié)。參看圖8，示出了使一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)元彼此獨(dú)立的第一邏輯流。從框68開(kāi)始，在圖7的框58操作數(shù)據(jù)元之后，最右數(shù)據(jù)元(同樣以圖3中所示的寄存器24為例)的符號(hào)位被加到左邊緊鄰的數(shù)據(jù)元的最低有效位。框70表示當(dāng)超過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)元被包含在一個(gè)寄存器中時(shí)，遞歸執(zhí)行框68的步驟，有效的消除數(shù)據(jù)元之間的所有借位。
或者，圖9的邏輯可以被調(diào)用以使數(shù)據(jù)元獨(dú)立。從圖9的框72開(kāi)始，當(dāng)一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)元必須在處理之后完全獨(dú)立，且緊隨一個(gè)數(shù)據(jù)元的符號(hào)位的比特與符號(hào)位相同(意味著符號(hào)位可以被舍棄)時(shí)，將一個(gè)選擇寄存器中所有符號(hào)位的掩碼應(yīng)用到該寄存器的一個(gè)拷貝上，并在框74加回寄存器中。這清除了所有的符號(hào)位，直到一個(gè)進(jìn)位或借位，數(shù)據(jù)元的被清除的符號(hào)位位置的數(shù)據(jù)元從它的右相鄰位獲取進(jìn)位或借位?！捌帘畏?hào)位”的意思是使用在符號(hào)位位置上為“1”、在別處為“0”的模板(pattern)對(duì)寄存器執(zhí)行按位“與”操作。最左數(shù)據(jù)元的符號(hào)位的屏蔽和舍棄可以進(jìn)行也可以不進(jìn)行，因?yàn)樽钭髷?shù)據(jù)元在它的左邊沒(méi)有其他的數(shù)據(jù)元與其相互作用。
然后，在框76，在傳遞數(shù)據(jù)元之前，每一個(gè)數(shù)據(jù)元的最左(或前符號(hào)位)位置上的值被舍棄或忽略。盡管上述的操作導(dǎo)致每一數(shù)據(jù)元精度的減少，與圖8所示的遞歸方法相比，能在更少的周期中使數(shù)據(jù)元彼此獨(dú)立，而且符號(hào)位位置上被破壞的數(shù)據(jù)被舍棄。該舍棄可以這樣進(jìn)行作為寄存器中為比較而進(jìn)行的左側(cè)調(diào)整的一部分，進(jìn)行一個(gè)額外的左移，或者用掩碼選擇性地剔除每一個(gè)被破壞的位。
現(xiàn)在參看圖10，其中示出了用于確定一個(gè)數(shù)據(jù)元是否被包含在零點(diǎn)附近(例如量化到零的JPEG)、以編譯器產(chǎn)生的低級(jí)代碼實(shí)現(xiàn)的邏輯。在框80，范圍的壓縮下界(packed lower boundaries of therange)在一個(gè)周期內(nèi)從寄存器中減去。移到判定菱形框82，其中確定被檢測(cè)(例如進(jìn)行比較)的數(shù)據(jù)元的符號(hào)位是否可以依照前述討論的原則舍棄。若是，在框84，加上上述的符號(hào)位掩碼以屏蔽符號(hào)位。然后，在框88，被檢測(cè)數(shù)據(jù)元與單個(gè)邏輯測(cè)試中的相應(yīng)范圍進(jìn)行比較。因?yàn)橐呀?jīng)為數(shù)據(jù)元提供了一個(gè)額外的未使用精度位，符號(hào)位在每一個(gè)數(shù)據(jù)元的左起第二位置上仍然存在。在框88，來(lái)自框84的處理被循環(huán)，直到所有的數(shù)據(jù)元都已被比較。
相反，當(dāng)判定菱形框82的判斷為否時(shí)，在框86，符號(hào)位被加入到鄰近數(shù)據(jù)元。然后，在框88，被測(cè)試數(shù)據(jù)元與單個(gè)邏輯測(cè)試中的上界比較，框86和88的處理被循環(huán)，直到所有的數(shù)據(jù)都已被比較。
與圖10的討論相關(guān)，在框88的比較之后，數(shù)據(jù)元應(yīng)被屏蔽為零，或者一次左移一位，這樣，對(duì)于寄存器中最左側(cè)非屏蔽數(shù)據(jù)元，總是針對(duì)邊界進(jìn)行比較。
圖11示出了用于算術(shù)右移的由編譯器產(chǎn)生的低級(jí)代碼實(shí)現(xiàn)的邏輯。從框92開(kāi)始，每一個(gè)數(shù)據(jù)元的符號(hào)位被保存在一個(gè)獨(dú)立的寄存器中。移到框94，如上述圖8和圖9討論的那樣使數(shù)據(jù)元獨(dú)立，然后在框96，算術(shù)右移一個(gè)位置。下一步，在框97，一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)元的符號(hào)位位置在一個(gè)周期中被清除。在框98，每一個(gè)數(shù)據(jù)元的符號(hào)位被“或”回到寄存器，如框99所示重復(fù)框96和98中的步驟，直到移位完成。假如在框99中確定要執(zhí)行更多的操作，壓縮格式可以通過(guò)從右到左一次減去一個(gè)新符號(hào)位而恢復(fù)，使它們?cè)诩拇嫫髦行胁ㄊ叫羞M(jìn)(ripple)。如圖11所示，這是這樣完成的在框99.2中將符號(hào)位自加，然后在框99.3將符號(hào)位“或”回到數(shù)據(jù)元中。
圖12示出了如何使用一個(gè)附加精度位去進(jìn)行算術(shù)比較。從框100開(kāi)始，本分明定義了一個(gè)作為正確值的4位數(shù)據(jù)元xxxx0值，xxxx1值表示右側(cè)相鄰值的符號(hào)位已經(jīng)從該值借用。然后在框102，該值與所述附加精度位比較。
雖然在此圖示的和詳細(xì)描述的特定系統(tǒng)、方法和編譯器技術(shù)完全能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明上面描述的目的，應(yīng)該理解，這是本發(fā)明目前最優(yōu)的實(shí)施例，因而代表了本發(fā)明的預(yù)期比較寬的主題，本發(fā)明的范圍完全包括對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很明顯的其他的實(shí)施例，而且本分明的范圍僅由所附的權(quán)利要求加以限制。權(quán)利要求中，單數(shù)的元素意指“至少一個(gè)”。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，上述最佳實(shí)施例中描述的數(shù)據(jù)元的已知或?qū)?lái)的所有結(jié)構(gòu)和功能上的等同物明確地包含于此并為權(quán)利要求所包括。此外，對(duì)于某一個(gè)裝置和某個(gè)方法，不需要針對(duì)本分明試圖解決的每個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@將通過(guò)本分明的權(quán)利要求包括。此外，不管數(shù)據(jù)元、組成部分或方法步驟是否在權(quán)利要求中明確記述，本分明的公開(kāi)中的數(shù)據(jù)元、組成部分或者方法步驟都不是用來(lái)貢獻(xiàn)于公眾。任何權(quán)利要求中的元素都不應(yīng)依據(jù)U.S.C.§112第六段進(jìn)行解釋?zhuān)窃撛孛鞔_地用“用于…的裝置”這樣的用語(yǔ)記述。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括寄存器；處理器，連接到寄存器上；和程序，可訪問(wèn)地存儲(chǔ)在處理器中，當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，該程序與處理器合作以在所述寄存器中同時(shí)處理多個(gè)多比特?cái)?shù)據(jù)元，該同時(shí)處理包括在所述寄存器中建立至少第一和第二帶符號(hào)多比特?cái)?shù)據(jù)元，和同時(shí)的處理該數(shù)據(jù)元。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其中數(shù)據(jù)元是彼此獨(dú)立的。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作以將多個(gè)數(shù)據(jù)元同時(shí)從所述寄存器發(fā)送到至少一個(gè)計(jì)算子系統(tǒng)。
4. 按照權(quán)利要求1到3之一所述的裝置，其中當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作以通過(guò)從下述操作中選出的一個(gè)操作來(lái)處理數(shù)據(jù)元(a)乘以一個(gè)常量或乘以一個(gè)已知精度的變量，或者(b)加法，或者(c)邏輯左移，(d)減法，或(e)按位與，或(f)按位或。
5.按照權(quán)利要求1到4之一所述的裝置，其中第一數(shù)據(jù)元包括第一部分?jǐn)?shù)據(jù)元和相關(guān)的第二部分?jǐn)?shù)據(jù)元，第二部分?jǐn)?shù)據(jù)元被建立在第二寄存器中，其中，當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作以在處理之后合并第一和第二部分?jǐn)?shù)據(jù)元。
6.按照權(quán)利要求1到5之一所述的裝置，包括多個(gè)寄存器，其中，當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序與處理器合作，在所述寄存器中的單個(gè)寄存器中同時(shí)處理多個(gè)多比特?cái)?shù)據(jù)元。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，其中當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序與處理器合作，在多個(gè)所述寄存器中的一系列的每一個(gè)中同時(shí)處理多個(gè)多比特?cái)?shù)據(jù)元。
8.按照權(quán)利要求1到3之一所述的裝置，當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作，對(duì)要在單個(gè)周期內(nèi)在寄存器中被處理的數(shù)據(jù)元在寄存器中分配相應(yīng)的精度，使得可由一個(gè)數(shù)據(jù)元代表的最大負(fù)數(shù)比可以以所述相應(yīng)的精度表示的最大負(fù)數(shù)大一。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，其中當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作，基于[-2N-1+1]到[2N+1-1]確定用于數(shù)據(jù)元的精度邊界(precision bound)，其中N是所述數(shù)據(jù)元中的比特?cái)?shù)。
10.按照權(quán)利要求1到3之一所述的裝置，其中當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作，將多個(gè)數(shù)據(jù)元壓縮到至少一個(gè)單個(gè)寄存器中；對(duì)該單個(gè)寄存器中的所有數(shù)據(jù)元同時(shí)操作；在該操作動(dòng)作之后，傳遞該數(shù)據(jù)元以進(jìn)一步處理、存儲(chǔ)或輸出。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，其中當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作，對(duì)于一個(gè)單個(gè)寄存器中要彼此獨(dú)立的至少第一和第二數(shù)據(jù)元，將第一數(shù)據(jù)元中的符號(hào)位加到第二數(shù)據(jù)元中的最低有效位上。
12.按照權(quán)利要求10的裝置，其中當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作，將至少一個(gè)相對(duì)較大的數(shù)據(jù)元拆分成兩個(gè)或更多的子數(shù)據(jù)元，將所述子數(shù)據(jù)元壓縮到獨(dú)立的相應(yīng)寄存器中；在處理之后重新合并所述子數(shù)據(jù)元。
13.按照權(quán)利要求1到12之一所述的裝置，其中當(dāng)在處理器上執(zhí)行時(shí)，所述程序和所述處理器合作，在單個(gè)處理周期中在單個(gè)寄存器中對(duì)至少兩個(gè)數(shù)據(jù)元進(jìn)行至少一個(gè)等同確認(rèn)(equalityconformation)。
14.一種裝置，包括處理器和與所述處理器合作的編譯器，所述編譯器接收高級(jí)代碼、輸出低級(jí)代碼以使處理器能夠在單個(gè)寄存器中同時(shí)處理多個(gè)多比特?cái)?shù)據(jù)元，低級(jí)代碼的邏輯包括在至少一個(gè)第一寄存器中建立至少第一和第二帶符號(hào)多比特?cái)?shù)據(jù)元，同時(shí)處理所述數(shù)據(jù)元。
15.按照權(quán)利要求14的裝置，其中所述編譯器訪問(wèn)至少下述之一編譯器指令、標(biāo)記或配置文件，以決定什么時(shí)候使數(shù)據(jù)元彼此獨(dú)立。
16.按照權(quán)利要求14或15所述的裝置，其中第一數(shù)據(jù)元從第一數(shù)據(jù)組提供，而第二數(shù)據(jù)元從不同于第一數(shù)據(jù)組的第二數(shù)據(jù)組提供。
17.按照權(quán)利要求14到16之一所述的裝置，其中，對(duì)要在單個(gè)周期內(nèi)在寄存器中要處理的每個(gè)數(shù)據(jù)元，編譯器在寄存器中分配相應(yīng)的輸出精度。
18.按照權(quán)利要求17的裝置，其中編譯器至少部分基于輸入精度確定輸出精度。
19.按照權(quán)利要求17的裝置，其中編譯器接收輸出精度作為輸入。
20.按照權(quán)利要求18的裝置，其中編譯器至少部分基于對(duì)數(shù)據(jù)元的操作增加至少一個(gè)精度位。
21.按照權(quán)利要求14到17之一所述的裝置，其中輸出精度或輸入精度借助于編譯器指令、配置文件或變量定義來(lái)定義。
22.按照權(quán)利要求14的裝置，其中編譯器產(chǎn)生指令，把來(lái)自相應(yīng)數(shù)據(jù)源的多個(gè)數(shù)據(jù)元壓縮到一個(gè)公共寄存器中，以由一個(gè)算法對(duì)其同時(shí)操作。
23.一種裝置，包括計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)裝置，可由數(shù)字處理裝置讀?。缓痛鎯?chǔ)在程序存儲(chǔ)裝置中的程序，包括可由訪問(wèn)所述程序的數(shù)字處理裝置執(zhí)行以控制多比特帶符號(hào)數(shù)據(jù)元的處理的指令，該程序包括第一計(jì)算機(jī)可讀代碼模塊，其控制把至少第一和第二數(shù)據(jù)元壓縮到單個(gè)寄存器中；和第二計(jì)算機(jī)可讀代碼模塊，其控制所述數(shù)據(jù)元的同時(shí)處理。
24.按照權(quán)利要求23的裝置，所述程序進(jìn)一步包括第三計(jì)算機(jī)可讀代碼模塊，其控制為要在單個(gè)周期內(nèi)在寄存器中被處理的每一個(gè)數(shù)據(jù)元，在寄存器中分配相應(yīng)的精度，使得可由一個(gè)數(shù)據(jù)元代表的最大負(fù)數(shù)比可以以相應(yīng)的精度上表示的最大負(fù)數(shù)大一。
25.按照權(quán)利要求23或24所述的裝置，進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)可讀壓縮代碼模塊，其按照凈精度位數(shù)把多個(gè)數(shù)據(jù)元壓縮到至少一個(gè)單個(gè)寄存器中；同時(shí)，所述第二計(jì)算機(jī)可讀代碼模塊控制對(duì)該單個(gè)寄存器中所有數(shù)據(jù)元的同時(shí)操作；在該操作動(dòng)作之后，傳遞所述數(shù)據(jù)元以進(jìn)一步處理、存儲(chǔ)或輸出。
26.按照權(quán)利要求23到25之一所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀拆分代碼模塊，其將至少一個(gè)較大的數(shù)據(jù)元拆分成兩個(gè)或更多的子數(shù)據(jù)元，將這些子數(shù)據(jù)元壓縮到相應(yīng)的獨(dú)立寄存器中；和一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀重組代碼模塊，其在處理之后重新合并所述子數(shù)據(jù)元。
27.按照權(quán)利要求23到26之一所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀確認(rèn)代碼模塊，其在單個(gè)處理周期中對(duì)單個(gè)寄存器中的至少兩個(gè)數(shù)據(jù)元進(jìn)行至少一個(gè)等同確認(rèn)操作。
28.一種裝置，包括計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)裝置，可由數(shù)字處理裝置讀取；和編譯程序，存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)裝置中，包括可由數(shù)字處理裝置執(zhí)行以生成處理多比特帶符號(hào)數(shù)據(jù)元的低級(jí)代碼的指令，該低級(jí)代碼包括把至少第一和第二數(shù)據(jù)元壓縮到單個(gè)寄存器中的計(jì)算機(jī)可讀代碼模塊；和同時(shí)處理所述數(shù)據(jù)元的計(jì)算機(jī)可讀代碼模塊。
29.按照權(quán)利要求28的裝置，進(jìn)一步包括指示是否應(yīng)在至少一個(gè)周期中檢驗(yàn)精度的標(biāo)記。
30.按照權(quán)利要求28的裝置，進(jìn)一步包括定義輸入精度的編譯器指令。
31.按照權(quán)利要求28的裝置，進(jìn)一步包括定義要壓縮到公共寄存器中并由一個(gè)算法同時(shí)操作的各數(shù)據(jù)元的多個(gè)數(shù)據(jù)源的編譯器指令。
32.按照權(quán)利要求28的裝置，進(jìn)一步包括指示是否應(yīng)檢驗(yàn)精度裝置；響應(yīng)所述指示裝置，用于檢查所述壓縮數(shù)據(jù)元上溢、下溢或達(dá)到可以所述精度表示的最大負(fù)數(shù)的裝置；當(dāng)壓縮數(shù)據(jù)元在一個(gè)周期內(nèi)上溢、下溢或達(dá)到可以所述精度表示的最大值負(fù)數(shù)時(shí)，在所述數(shù)據(jù)元中進(jìn)行環(huán)繞式或飽和式運(yùn)算以防止寄存器中其他數(shù)據(jù)元的破壞，或發(fā)出由程序中的錯(cuò)誤處理例程處理的出錯(cuò)信號(hào)的裝置。
33.一種裝置，包括處理器；連接到所述處理器的至少第一和第二寄存器；在所述第一寄存器中的第一和第二帶符號(hào)多比特?cái)?shù)據(jù)元，所述處理器使用一個(gè)操作數(shù)同時(shí)操作第一和第二數(shù)據(jù)元。
34.按照權(quán)利要求33的裝置，還包括所述第二寄存器中的第三數(shù)據(jù)元，該第一和第三數(shù)據(jù)元是第四數(shù)據(jù)元的子數(shù)據(jù)元。
35.按照權(quán)利要求33或34所述的裝置，其中所述第一和第二數(shù)據(jù)元是彼此獨(dú)立的。
36.按照權(quán)利要求33到35之一所述的裝置，其中所述第一數(shù)據(jù)元具有第一大小，所述第二數(shù)據(jù)元具有不同于第一大小的第二大小。
37.按照權(quán)利要求33到36之一所述的裝置，其中所述第一數(shù)據(jù)元來(lái)自一個(gè)第一圖象數(shù)據(jù)流，而第二數(shù)據(jù)元來(lái)自一個(gè)第二圖像數(shù)據(jù)流。
38.按照權(quán)利要求33到36之一所述的裝置，其中所述第一和第二數(shù)據(jù)元來(lái)自于同一圖像數(shù)據(jù)流的不同部分。
39.一種方法，包括下列步驟確定要在單個(gè)寄存器中被分配以分別保存第一和第二帶符號(hào)數(shù)據(jù)元的第一和第二精度；將所述數(shù)據(jù)元壓縮到所述寄存器中；操作所述數(shù)據(jù)元；確定要在單個(gè)寄存器中被分配以分別保存第三和第四帶符號(hào)數(shù)據(jù)元的第三和第四精度，至少下列之一第一和第三精度彼此不同，第二和第四精度彼此不同；把第三和第三數(shù)據(jù)元壓縮到所述寄存器中；和操作第三和第四數(shù)據(jù)元。
40.按照權(quán)利要求39的方法，其中寄存器同時(shí)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)元到至少一個(gè)計(jì)算子系統(tǒng)。
41.按照權(quán)利要求39或40所述的方法，其中所述操作是乘以一個(gè)常數(shù)或一個(gè)已知精度的變量，或加法，或邏輯左移，或減法，或按位“與”，或按位“或”。
42.按照權(quán)利要求39到41之一所述的方法，其中第一數(shù)據(jù)元從第一數(shù)據(jù)組提供，而第二數(shù)據(jù)元從不同于第一數(shù)據(jù)組的第二數(shù)據(jù)組提供。
43.按照權(quán)利要求39到41之一所述的方法，其中第一數(shù)據(jù)元從第一數(shù)據(jù)組提供，第二數(shù)據(jù)元也從第一數(shù)據(jù)組提供。
全文摘要
一種用于數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)，包括使用這里闡述的規(guī)則(44)，把每一寄存器的多個(gè)帶符號(hào)數(shù)據(jù)元壓縮到一個(gè)處理器的寄存器中，而且使用相同的操作數(shù)(36)在單個(gè)周期內(nèi)對(duì)寄存器中的數(shù)據(jù)元同時(shí)操作。所述數(shù)據(jù)元可以按照編譯器指令的定義彼此獨(dú)立，一個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)元的大小可以彼此不同。一個(gè)較大的數(shù)據(jù)元可被拆分到多個(gè)寄存器?？捎锰幚韱蝹€(gè)圖像所需的寄存器數(shù)同時(shí)處理代表兩個(gè)圖像的數(shù)據(jù)流。單個(gè)圖像還可以以接近N倍快的速度被處理，其中N是每一寄存器中數(shù)據(jù)元的數(shù)量。
文檔編號(hào)G06F9/302GK1478257SQ01819585
公開(kāi)日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月29日
發(fā)明者邁克爾·T·布拉迪, 瓊·L·米切爾, 詹妮弗·Q·特萊勒維茨, Q 特萊勒維茨, っ濁卸, 邁克爾 T 布拉迪 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司