用于多維數(shù)組中的元素偏移量計算的指令的制作方法
【專利摘要】描述了具有功能單元邏輯電路的裝置。該功能單元邏輯電路具有第一寄存器，該第一寄存器用于存儲第一輸入向量操作數(shù)，該第一輸入向量操作數(shù)具有用于多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每個維度的元素。第一向量操作數(shù)的每個元素指定其相應維度的尺寸。該功能單元具有第二寄存器，該第二寄存器用于存儲第二輸入向量操作數(shù)，該第二輸入向量操作數(shù)指定該多維結(jié)構(gòu)的特定區(qū)段的坐標。該功能單元還具有邏輯電路，該邏輯電路用于計算該特定區(qū)段相對于該多維結(jié)構(gòu)的原點區(qū)段的地址的地址偏移量。
【專利說明】用于多維數(shù)組中的元素偏移量計算的指令
[0001]背景

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的領(lǐng)域一般涉及計算系統(tǒng)，且更具體地涉及用于多維數(shù)組中的元素偏移量計算的指令。

【背景技術(shù)】
[0003]圖1示出了在半導體芯片上用邏輯電路實現(xiàn)的處理核100的高級圖。該處理核包括流水線101。該流水線由各自被設計成在完全執(zhí)行程序代碼指令所需的多步驟過程中執(zhí)行特定步驟的多個級組成。這些級通常至少包括:1)指令取出和解碼；2)數(shù)據(jù)取出；3)執(zhí)行；4)寫回。執(zhí)行級對由在先前級(例如在上述步驟I))中所取出和解碼的指令所標識并在另一先前級(例如在上述步驟2))中被取出的數(shù)據(jù)執(zhí)行由在先前級(例如在上述步驟
I))中取出和解碼的指令所標識的特定操作。被操作的數(shù)據(jù)通常是從(通用)寄存器存儲空間102中取出的。在該操作完成時所創(chuàng)建的新數(shù)據(jù)通常也被“寫回”寄存器存儲空間(例如在上述級4))。
[0004]與執(zhí)行級相關(guān)聯(lián)的邏輯電路通常由多個“執(zhí)行單元”或“功能單元” 103_1至103_N構(gòu)成，這些單元各自被設計成執(zhí)行其自身的唯一操作子集(例如，第一功能單元執(zhí)行整數(shù)數(shù)學操作，第二功能單元執(zhí)行浮點指令，第三功能單元執(zhí)行從高速緩存/存儲器的加載操作和/或到高速緩存/存儲器的存儲操作等等)。由所有這些功能單元執(zhí)行的所有操作的集合與處理核100所支持的“指令集”相對應。
[0005]計算機科學領(lǐng)域中廣泛認可兩種類型的處理器架構(gòu):“標量”和“向量”。標量處理器被設計成執(zhí)行對單個數(shù)據(jù)集進行操作的指令，而向量處理器被設計成執(zhí)行對多個數(shù)據(jù)集進行操作的指令。圖2A和2B呈現(xiàn)了展示標量處理器與向量處理器之間的基本差異的比較示例。
[0006]圖2A示出標量AND (與)指令的示例，其中單個操作數(shù)集A和B —起進行“與”運算以產(chǎn)生奇異(或“標量”)結(jié)果C(S卩，AB = C)。相反，圖2B示出向量AND指令的示例，其中兩個操作數(shù)集Α/B和D/E并行地分別一起進行“與”運算以同時產(chǎn)生向量結(jié)果C和F(即，A.AND.B = C以及D.AND.E = F)。根據(jù)術(shù)語學，“向量”是具有多個“元素”的數(shù)據(jù)元素。例如，向量V = Q，R, S，T, U具有五個不同的元素:Q、R、S、T和U。示例性向量V的“尺寸”是5 (因為它具有5個元素)。
[0007]圖1還示出向量寄存器空間107的存在，該向量寄存器空間107不同于通用寄存器空間102。具體而言，通用寄存器空間102標準地用于存儲標量值。這樣，當各執(zhí)行單元中的任一個執(zhí)行標量操作時，它們標準地使用從通用寄存器存儲空間102調(diào)用的操作數(shù)(并將結(jié)果寫回通用寄存器存儲空間102)。相反，當各執(zhí)行單元中的任一個執(zhí)行向量操作時，它們標準地使用從向量寄存器空間107調(diào)用的操作數(shù)(并將結(jié)果寫回向量寄存器空間107)?？深愃频胤峙浯鎯ζ鞯牟煌瑓^(qū)域以存儲標量值和向量值。
[0008]還應注意，存在位于功能單元103_1到103_N的相應輸入處的掩碼邏輯104_1到104_N,以及位于功能單元103_1到103_N的輸出處的掩碼邏輯105_1到105_N。在各種實現(xiàn)中，對于向量操作，實際上僅實現(xiàn)這些層中的一個層一不過這并非嚴格要求(雖然未在圖1中描繪，但可以領(lǐng)會，僅執(zhí)行標量操作而不執(zhí)行向量操作的執(zhí)行單元不需要具有任何掩碼層)。對于采用掩碼的任何向量指令，輸入掩碼邏輯104_1到104_N和/或輸出掩碼邏輯105_1到105_N可用于控制哪些元素被該向量指令有效地操作。在此，從掩碼寄存器空間106讀取掩碼向量(例如與從向量寄存器存儲空間107讀取的輸入操作數(shù)向量一起)，并將該掩碼向量呈現(xiàn)給掩碼邏輯104、105層中的至少一層。
[0009]在執(zhí)行向量程序代碼的過程中，每一向量指令無需要求全數(shù)據(jù)字。例如，一些指令的輸入向量可能僅僅是8個元素，其他指令的輸入向量可能是16個元素，其他指令的輸入向量可能是32個元素，等等。因此，掩碼層104/105用于標識完整向量數(shù)據(jù)字中的應用于特定指令的一組元素，以在多個指令之間實現(xiàn)不同的向量尺寸。通常，對于每一向量指令，掩碼寄存器空間106中所保持的特定掩碼模式被該指令調(diào)出，從掩碼寄存器空間中被取出并且被提供給掩碼層104/105中的任一者或兩者，以“啟用”針對該特定向量操作的正確元素集合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本發(fā)明是通過示例說明的，而不僅局限于各個附圖的圖示，在附圖中，類似的參考標號表示類似的元件，其中:
[0011]圖1示出處理器流水線；
[0012]圖2a和2b比較標量與向量操作；
[0013]圖3a、b、c涉及多維結(jié)構(gòu)和保持多維結(jié)構(gòu)的每個部分的數(shù)據(jù)的方式；
[0014]圖4示出用于計算多維結(jié)構(gòu)的特定部分的地址偏移量的方法；
[0015]圖5示出用于能執(zhí)行圖4的方法的功能單元的電路設計；
[0016]圖6A例示了示例性AVX指令格式；
[0017]圖6B示出來自圖6A的哪些字段構(gòu)成完整操作碼字段和基礎操作字段；
[0018]圖6C示出來自圖6A的哪些字段構(gòu)成寄存器索引字段；
[0019]圖7A-7B是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的通用向量友好指令格式及其指令模板的框圖；
[0020]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性專用向量友好指令格式的框圖；
[0021]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的寄存器架構(gòu)的框圖；
[0022]圖1OA是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性有序流水線以及示例性寄存器重命名的無序發(fā)布/執(zhí)行流水線兩者的框圖；
[0023]圖1OB是示出根據(jù)本發(fā)明的各實施例的要包括在處理器中的有序架構(gòu)核的示例性實施例和示例性的寄存器重命名的無序發(fā)布/執(zhí)行架構(gòu)核的框圖；
[0024]圖1lA-B示出了更具體的示例性有序核架構(gòu)的框圖，該核將是芯片中的若干邏輯塊之一(包括相同類型和/或不同類型的其他核)；
[0025]圖12是根據(jù)本發(fā)明的實施例的可具有超過一個的核、可具有集成的存儲器控制器、并且可具有集成圖形的處理器的框圖；
[0026]圖13是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性系統(tǒng)的框圖；
[0027]圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例的第一更具體的示例性系統(tǒng)的框圖；
[0028]圖15是根據(jù)本發(fā)明的實施例的第二更具體的示例性系統(tǒng)的框圖；
[0029]圖16是根據(jù)本發(fā)明的實施例的SoC的框圖；
[0030]圖17是根據(jù)本發(fā)明的實施例的對比使用軟件指令變換器將源指令集中的二進制指令變換成目標指令集中的二進制指令的框圖。

【具體實施方式】
[0031]概覽
[0032]向量機器可被設計成處理“多維”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中向量的每個元素對應于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的唯一維度。例如，如果向量機器被編程為考慮三維結(jié)構(gòu)(諸如“立方體”)，則可創(chuàng)建一向量，該向量具有對應于該立方體的寬度的第一元素、對應于該立方體的長度的第二元素以及對應于該立方體的高度的第三元素。
[0033]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在計算系統(tǒng)中對多維結(jié)構(gòu)的計算必然需要具有兩個或更多維度、包括超過三個維度的結(jié)構(gòu)。然而，為簡單起見，本申請將主要提供示例。
[0034]當將特定尺寸分配給多維結(jié)構(gòu)時，可將該結(jié)構(gòu)打破成多個不同的“區(qū)段(sect1n)”，這些“區(qū)段”的數(shù)量等于該結(jié)構(gòu)的每個維度的相應尺寸之積。例如，圖3a可視地描繪了 3X3X3立方體301。由于該立方體的長度、寬度和高度維度中的每一個均為3，所以該立方體由3*3*3 = 27個單獨的區(qū)段組成?？稍O計各種編程環(huán)境，以允許對多維結(jié)構(gòu)的每個區(qū)段唯一地尋址。
[0035]作為簡單示例，參考圖3a的立方體301，程序可能決定將該立方體的特定區(qū)段著色為特定顏色。如果該立方體的每個區(qū)段被配置成可唯一地尋址，則通過直接對該特定區(qū)段尋址并改變其顏色，能簡單地作出顏色改變。更具體而言，可將每個區(qū)段的信息字段保持在儲存器和/或存儲器(例如系統(tǒng)存儲器)中。對于每個區(qū)段可保持的信息量(例如對于每個區(qū)段保持的信息字段的數(shù)量)取決于整體系統(tǒng)尋址方案中的各個區(qū)段的地址的有效性。
[0036]例如，參考圖3b，如果立方體301的各個區(qū)段地址對應于系統(tǒng)地址302的最低位，則對于27個可唯一尋址的區(qū)段中的每個區(qū)段可保持一個可尋址的數(shù)據(jù)項(例如一個字節(jié)的信息)。相反，參考圖3c，如果存在兩個最低位的系統(tǒng)地址位303附加至各個區(qū)段地址304中的每個區(qū)段地址，則對于27個唯一可尋址的區(qū)段中的每個區(qū)段可保持四個可尋址的數(shù)據(jù)項(例如四字節(jié)的信息)。
[0037]通過在系統(tǒng)地址方案“左邊”進一步構(gòu)造區(qū)段地址部分304 (即在各個區(qū)段地址的右邊附加充分多的更低位)，可簡單地對于每個區(qū)段保留一個或多個高速緩存行的信息量。因此，對于每個區(qū)段保持的信息的數(shù)量是可配置的，然而，需要從二進制地址00000 (十進制O)到二進制地址11010(十進制26)的范圍的“基礎”二進制地址方案，以能夠?qū)γ總€區(qū)段唯一地尋址。
[0038]返回至改變立方體301的一個區(qū)段的顏色的示例，對于每個區(qū)段所保持的信息字段中的一個信息字段對應于區(qū)段顏色。確定顏色將發(fā)生改變的區(qū)段的地址。然后，執(zhí)行寫操作(例如存儲指令)，該寫操作的目標地址包括該特定區(qū)段的地址，并且它的構(gòu)成寫數(shù)據(jù)包括要寫入該區(qū)段的與該區(qū)段的顏色相對應的信息的新值。
[0039]本發(fā)明涉及自動計算區(qū)段地址的SHIFTINSIDE指令。即，根據(jù)剛剛在上文中描述的上述示例性過程，SHIFTINSIDE指令自動確定對于多維結(jié)構(gòu)的特定目標分區(qū)的地址分量。
[0040]在實施例中，SHIFTINSIDE指令是SHIFTINSIDE的形式。具體地，SHIFTINSIDE指令接受兩個輸入向量操作數(shù):1)第一輸入向量操作數(shù)VI，其定義目標多維結(jié)構(gòu)的維度、以及維度的相應尺寸；以及2)第二輸入向量操作數(shù)V2，其定義該多維結(jié)構(gòu)中的具有期望地址的特定區(qū)段。
[0041]具體而言，根據(jù)一個實施例，Vl被表達為:
[0042]Vl = X_(N-1) ；X_(N-2) ；...；X_(1) ；X_(0)
[0043]對于具有N個維度的多維結(jié)構(gòu)。在此，Vl的每個X_(i)元素對應于第i維度的尺寸。例如，對于圖3a的立方體301，Vl = 3 ；3 ;3。根據(jù)實施例，V2被表達為:
[0044]V2 = Y_(N-1) ； Υ_(Ν-2) ；...；Υ_(1) ；Υ_(0).
[0045]在此，V2對應于該多維結(jié)構(gòu)中的作為目標的區(qū)段的坐標。根據(jù)一種方法，區(qū)段中的一個對應于該多維結(jié)構(gòu)的“原點”，并且區(qū)段坐標被指定為在每個維度上從原點起的逐個區(qū)段偏移量。
[0046]例如，如果立方體301的下前左區(qū)段305是原點，則其坐標可被指定為V2 = O ;0 ;
O。相反，如果該立方體的上后右區(qū)段306是目標區(qū)段(并且原點保持為區(qū)段305)，則可將區(qū)段306的坐標指定為V2 = 2 ;2 ;2。在此，注意區(qū)段306的坐標被指定為從區(qū)段305起的偏移量。即，從區(qū)段305起，如果在寬度方向上前進兩個區(qū)段，然后在長度方向上前進另外兩個區(qū)段，然后在高度方向上前進最后兩個區(qū)段，可到達區(qū)段306。
[0047]根據(jù)該觀點，目標區(qū)段的地址可被指定為:
[0048]SHIFTINSIDE 結(jié)果=
[0049](Y_ (N-1) *Χ_ (Ν-2) *Χ_ (Ν-3)...Χ_ (I) *Χ_ (O)) +
[0050](Υ_ (Ν-2) *Χ_ (Ν-3)...Χ_ (I) *Χ_ (O)) +...+
[0051](Υ_(1)*Χ_(0)) +
[0052](Υ_(0)).
[0053]在目標為立方體區(qū)段306的示例中，上述等式對應于
[0054]SHIFTINSIDE 結(jié)果=(2*3*3) + (2*3)+2 = 18+6+2 = 26.
[0055]在具有在從O到26的范圍(其中O對應于原點)中尋址的27個區(qū)段的3x3x3立方體的情況下，注意，該地址應當對應于從原點起的“最遠”區(qū)段。認識到區(qū)段306離原點區(qū)段305最遠，可驗證上述計算。
[0056]在此，SHIFTINSIDE指令本質(zhì)上計算到達目標區(qū)段的地址所需的尋址空間“距離”。另一方面，SHIFTINSIDE指令計算從原點區(qū)段開始到達目標區(qū)段需要計入的區(qū)段的數(shù)量。
[0057]例如，上述示例中的第一項(2*3*3) = 18是在到達第三層309之前需要“清除”或越過的立方體301的第一和第二層307、308上的組合區(qū)段的總數(shù)量。第二項(2*3) =6對應于在到達具有目標區(qū)段306的行或列之前在第三層309上需要清除或越過的區(qū)域310中的區(qū)段的數(shù)量。第三項2對應于在到達目標區(qū)段306之前區(qū)域311中需要清除的區(qū)段的數(shù)量(從“最左邊”(以原點為中心)的區(qū)段開始)。
[0058]SHIFTINSIDE指令的結(jié)果本質(zhì)上是標量,該標量標識到達目標區(qū)段的地址所需的從原點區(qū)段的地址起的偏移量。在此，不論原點區(qū)段305的真實地址是什么，可假定它具有任何X值，通過執(zhí)行SHIFTINSIDE指令，可將區(qū)段306的地址理解為X+26。
[0059]圖4示出SHIFTINSIDE指令的方法。如圖4中觀察到，在401，SHIFTINSIDE指令接受第一向量，該第一向量具有用于結(jié)構(gòu)的每個維度的元素，其中每個元素指定其相應維度的尺寸。在402，SHIFTINSIDE還接受第二向量，該第二向量定義該結(jié)構(gòu)中具有期望地址的區(qū)段的坐標。在403，SHIFTINSIDE指令然后確定從原點區(qū)段起到達期望區(qū)段需要計入或越過的區(qū)段的數(shù)量。該確定本質(zhì)上對應于從原點區(qū)段的地址起的偏移量的計算，該偏移量對應于目標區(qū)段的地址。
[0060]在可選的實現(xiàn)中，在404，提供附加的標量輸入操作數(shù)，其對應于原點區(qū)段的地址X。在405，SHIFTINSIDE指令將原點區(qū)段地址X與在過程403中計算的偏移量相加，以提供區(qū)段地址作為該指令的結(jié)果(而不是僅提供該偏移量作為結(jié)果)。
[0061]圖5示出SHIFTINSIDE指令的邏輯電路設計。如圖5中觀察到，第一寄存器501指令接受第一向量，該第一向量具有用于結(jié)構(gòu)的每個維度的元素，其中每個元素指定其相應維度的尺寸。第二寄存器502接受第二向量，該第二向量定義該結(jié)構(gòu)中具有期望地址的區(qū)段的坐標。邏輯電路503被設計成確定從原點區(qū)段起到達期望區(qū)段需要計入或越過的區(qū)段的數(shù)量。同樣，該確定本質(zhì)上對應于從原點區(qū)段的地址起的偏移量的計算，該偏移量對應于目標區(qū)段的地址。根據(jù)實現(xiàn)，可將該標量結(jié)果存儲在標量寄存器空間或向量寄存器空間中。如果是后一種情況，則可將目的地向量的元素理解成被保留以用于存儲該標量值。此夕卜，可重新使用輸入向量操作數(shù)寄存器中的一個來存儲該結(jié)果。
[0062]在可選的實現(xiàn)中，附加的輸入寄存器504保持標量輸入操作數(shù)，該標量輸入操作數(shù)對應于原點區(qū)段的地址X。加法器將原點區(qū)段地址X與來自邏輯503的偏移量相加，以提供區(qū)段地址作為該指令的結(jié)果(而不是僅提供該偏移量作為結(jié)果)。根據(jù)實現(xiàn)，可從標量寄存器空間或向量寄存器空間讀取該標量輸入操作數(shù)。如果是后一種情況，則可將向量的元素理解成被保留以用于存儲該標量值。
[0063]示例性指令格式
[0064]本文中所描述的指令的實施例可以不同的格式體現(xiàn)。例如，本文描述的指令可體現(xiàn)為VEX、通用向量友好或其它格式。以下討論VEX和通用向量友好格式的細節(jié)。另外，在下文中詳述示例性系統(tǒng)、架構(gòu)、以及流水線。指令的實施例可在這些系統(tǒng)、架構(gòu)、以及流水線上執(zhí)行，但是不限于詳述的系統(tǒng)、架構(gòu)、以及流水線。
[0065]VEX指令格式
[0066]VEX編碼允許指令具有兩個以上操作數(shù)，并且允許SMD向量寄存器比128位長。VEX前綴的使用提供了三個操作數(shù)(或者更多)句法。例如，先前的兩操作數(shù)指令執(zhí)行改寫源操作數(shù)的操作(諸如A = A+B)。VEX前綴的使用使操作數(shù)執(zhí)行非破壞性操作，諸如A =B+C。
[0067]圖6A示出示例性AVX指令格式，包括VEX前綴602、實操作碼字段630、MoD R/Μ字節(jié)640、SIB字節(jié)650、位移字段662以及IMM8672。圖6B示出來自圖6A的哪些字段構(gòu)成完整操作碼字段674和基礎操作字段642。圖6C示出來自圖6A的哪些字段構(gòu)成寄存器索引字段644。
[0068]VEX前綴(字節(jié)0-2)602以三字節(jié)形式進行編碼。第一字節(jié)是格式字段640 (VEX字節(jié)O，位[7:0])，該格式字段640包含明確的C4字節(jié)值(用于區(qū)分C4指令格式的唯一值)。第二-第三字節(jié)(VEX字節(jié)1-2)包括提供專用能力的多個位字段。具體地，REX字段605 (VEX字節(jié)I，位[7-5])由VEX.R位字段(VEX字節(jié)I，位[7] - R)、VEX.X位字段(VEX字節(jié)1，位[6] -X)以及VEX.B位字段(VEX字節(jié)1，位[5] - B)組成。這些指令的其他字段對如在本領(lǐng)域中已知的寄存器索引的較低三個位(rrr、xxx以及bbb)進行編碼，由此可通過增加VEX.R、VEX.X以及VEX.B來形成Rrrr、Xxxx以及Bbbb。操作碼映射字段615 (VEX字節(jié)1，位[4:0] - mmmmm)包括對隱含的前導操作碼字節(jié)進行編碼的內(nèi)容。W字段664(VEX字節(jié)2，位[7] -W)由記號VEX.W表示，并且提供取決于該指令而不同的功能。VEX.WW620 (VEX字節(jié)2,位[6:3]-vvvv)的作用可包括如下:1)VEX.vvvv編碼第一源寄存器操作數(shù)且對具有兩個或兩個以上源操作數(shù)的指令有效，第一源寄存器操作數(shù)以反轉(zhuǎn)(I補碼)形式被指定；
2)VEX.vvvv編碼目的地寄存器操作數(shù)，目的地寄存器操作數(shù)針對特定向量位移以I補碼的形式被指定；或者3) VEX.vvvv不編碼任何操作數(shù)，保留該字段，并且應當包含1111b。如果VEX.L668尺寸字段(VEX字節(jié)2，位[2]-L) = 0，則它指示128位向量；如果VEX.L = 1，則它指示256位向量。前綴編碼字段625 (VEX字節(jié)2，位[1:0]-ρρ)提供了用于基礎操作字段的附加位。
[0069]實操作碼字段630 (字節(jié)3)還被稱為操作碼字節(jié)。操作碼的一部分在該字段中指定。
[0070]MOD R/Μ 字段 640 (字節(jié) 4)包括 MOD 字段 642 (位[7-6] )、Reg 字段 644 (位[5-3])、以及R/Μ字段646(位[2-0])。Reg字段644的作用可包括如下:對目的地寄存器操作數(shù)或源寄存器操作數(shù)(Rrrr中的rrr)進行編碼；或者被視為操作碼擴展且不用于對任何指令操作數(shù)進行編碼。R/Μ字段646的作用可包括如下:對引用存儲器地址的指令操作數(shù)進行編碼；或者對目的地寄存器操作數(shù)或源寄存器操作數(shù)進行編碼。
[0071]比例、索引、基址(SIB)—比例字段650(字節(jié)5)的內(nèi)容包括用于存儲器地址生成的SS652 (位[7-6])。先前已經(jīng)針對寄存器索引Xxxx和Bbbb參考了 SIB.xxx654 (位[5_3])和 SIB.bbb656(位[2-0])的內(nèi)容。
[0072]位移字段662和立即數(shù)字段(IMM8)672包含地址數(shù)據(jù)。
[0073]通用向量友好指令格式
[0074]向量友好指令格式是適于向量指令(例如，存在專用于向量操作的特定字段)的指令格式。盡管描述了其中通過向量友好指令格式支持向量和標量運算兩者的實施例，但是替代實施例僅使用通過向量友好指令格式的向量運算。
[0075]圖7A-7B是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的通用向量友好指令格式及其指令模板的框圖。圖7A是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的通用向量友好指令格式及其A類指令模板的框圖；而圖7B是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的通用向量友好指令格式及其B類指令模板的框圖。具體地，針對通用向量友好指令格式700定義A類和B類指令模板，兩者包括無存儲器訪問705的指令模板和存儲器訪問720的指令模板。在向量友好指令格式的上下文中的術(shù)語“通用”指不束縛于任何專用指令集的指令格式。
[0076]盡管將描述其中向量友好指令格式支持64字節(jié)向量操作數(shù)長度(或尺寸)與32位(4字節(jié))或64位(8字節(jié))數(shù)據(jù)元素寬度(或尺寸)(并且由此，64字節(jié)向量由16雙字尺寸的元素或者替代地8四字尺寸的元素組成)、64字節(jié)向量操作數(shù)長度(或尺寸)與16位(2字節(jié))或8位(I字節(jié))數(shù)據(jù)元素寬度(或尺寸)、32字節(jié)向量操作數(shù)長度(或尺寸)與32位(4字節(jié))、64位(8字節(jié))、16位(2字節(jié))、或8位(I字節(jié))數(shù)據(jù)元素寬度(或尺寸)、以及16字節(jié)向量操作數(shù)長度(或尺寸)與32位(4字節(jié))、64位(8字節(jié))、16位(2字節(jié))、或8位(I字節(jié))數(shù)據(jù)元素寬度(或尺寸)的本發(fā)明的實施例，但是替代實施例可支持更大、更小、和/或不同的向量操作數(shù)尺寸(例如，256字節(jié)向量操作數(shù))與更大、更小或不同的數(shù)據(jù)元素寬度(例如，128位(16字節(jié))數(shù)據(jù)元素寬度)。
[0077]圖7A中的A類指令模板包括:1)在無存儲器訪問705的指令模板內(nèi)，示出無存儲器訪問的完全舍入控制型操作710的指令模板、以及無存儲器訪問的數(shù)據(jù)變換型操作715的指令模板；以及2)在存儲器訪問720的指令模板內(nèi)，示出存儲器訪問的時效性725的指令模板和存儲器訪問的非時效性730的指令模板。圖7B中的B類指令模板包括:1)在無存儲器訪問705的指令模板內(nèi)，示出無存儲器訪問的寫掩碼控制的部分舍入控制型操作712的指令模板以及無存儲器訪問的寫掩碼控制的vsize型操作717的指令模板；以及2)在存儲器訪問720的指令模板內(nèi)，示出存儲器訪問的寫掩碼控制727的指令模板。
[0078]通用向量友好指令格式700包括以下列出的按照在圖7A-7B中示出的順序的如下字段。結(jié)合以上的討論，在實施例中，參考下文在圖7A-B和8中提供的格式細節(jié)，可利用非存儲器訪問指令類型705或存儲器訪問指令類型720?？稍谝韵旅枋龅募拇嫫鞯刂纷侄?44中標識輸入向量操作數(shù)和目的地的地址。以上討論的可選實施例還包括也可在地址字段744中被指定的標量輸入。
[0079]格式字段740 —該字段中的特定值(指令格式標識符值)唯一地標識向量友好指令格式，并且由此標識指令在指令流中以向量友好指令格式出現(xiàn)。由此，該字段對于僅具有通用向量友好指令格式的指令集是不需要的，在這個意義上該字段是任選的。
[0080]基礎操作字段742 —其內(nèi)容區(qū)分不同的基礎操作。
[0081 ] 寄存器索引字段744-其內(nèi)容直接或者通過地址生成來指定源或目的地操作數(shù)在寄存器中或者在存儲器中的位置。這些字段包括足夠數(shù)量的位以從PxQ(例如，32x512、16x128,32x1024,64x1024)個寄存器組選擇N個寄存器。盡管在一個實施例中N可高達三個源和一個目的地寄存器，但是替代實施例可支持更多或更少的源和目的地寄存器(例如，可支持高達兩個源，其中這些源中的一個源還用作目的地，可支持高達三個源，其中這些源中的一個源還用作目的地，可支持高達兩個源和一個目的地)。
[0082]修飾符(modifier)字段746 —其內(nèi)容將指定存儲器訪問的以通用向量指令格式出現(xiàn)的指令與不指定存儲器訪問的以通用向量指令格式出現(xiàn)的指令區(qū)分開；即在無存儲器訪問705的指令模板與存儲器訪問720的指令模板之間進行區(qū)分。存儲器訪問操作讀取和/或?qū)懭氲酱鎯ζ鲗哟?在一些情況下，使用寄存器中的值來指定源和/或目的地地址)，而非存儲器訪問操作不這樣(例如，源和/或目的地是寄存器)。盡管在一個實施例中，該字段還在三種不同的方式之間選擇以執(zhí)行存儲器地址計算，但是替代實施例可支持更多、更少或不同的方式來執(zhí)行存儲器地址計算。
[0083]擴充操作字段750 —其內(nèi)容區(qū)分除基礎操作以外還要執(zhí)行各種不同操作中的哪一個操作。該字段是針對上下文的。在本發(fā)明的一個實施例中，該字段被分成類字段768、α字段752、以及β字段754。擴充操作字段750允許在單一指令而非2、3或4個指令中執(zhí)行多組共同的操作。
[0084]比例字段760 —其內(nèi)容允許用于存儲器地址生成(例如，用于使用2ttw*索引+基址的地址生成)的索引字段的內(nèi)容的按比例縮放。
[0085]位移字段762A —其內(nèi)容用作存儲器地址生成的一部分(例如，用于使用2 索引+基址+位移的地址生成)。
[0086]位移因數(shù)字段762B(注意，位移字段762A直接在位移因數(shù)字段762B上的并置指示使用一個或另一個)一其內(nèi)容用作地址生成的一部分，它指定通過存儲器訪問的尺寸(N)按比例縮放的位移因數(shù)，其中N是存儲器訪問中的字節(jié)數(shù)量(例如，用于使用2?*索弓I +基址+按比例縮放的位移的地址生成)。忽略冗余的低階位，并且因此將位移因數(shù)字段的內(nèi)容乘以存儲器操作數(shù)總尺寸(N)以生成在計算有效地址中使用的最終位移。N的值由處理器硬件在運行時基于完整操作碼字段774 (稍后在本文中描述)和數(shù)據(jù)操縱字段754C確定。位移字段762A和位移因數(shù)字段762B可以不用于無存儲器訪問705的指令模板和/或不同的實施例可實現(xiàn)兩者中的僅一個或不實現(xiàn)兩者中的任一個，在這個意義上位移字段762A和位移因數(shù)字段762B是任選的。
[0087]數(shù)據(jù)元素寬度字段764 —其內(nèi)容區(qū)分使用多個數(shù)據(jù)元素寬度中的哪一個(在一些實施例中用于所有指令，在其他實施例中只用于一些指令)。如果支持僅一個數(shù)據(jù)元素寬度和/或使用操作碼的某一方面來支持數(shù)據(jù)元素寬度，則該字段是不需要的，在這個意義上該字段是任選的。
[0088]寫掩碼字段770 —其內(nèi)容在每一數(shù)據(jù)元素位置的基礎上控制目的地向量操作數(shù)中的數(shù)據(jù)元素位置是否反映基礎操作和擴充操作的結(jié)果。A類指令模板支持合并-寫掩碼操作，而B類指令模板支持合并寫掩碼操作和歸零寫掩碼操作兩者。當合并時，向量掩碼允許在執(zhí)行任何操作期間保護目的地中的任何元素集免于更新(由基礎操作和擴充操作指定)；在另一實施例中，保持其中對應掩碼位具有O的目的地的每一元素的舊值。相反，當歸零時，向量掩碼允許在執(zhí)行任何操作期間使目的地中的任何元素集歸零(由基礎操作和擴充操作指定)；在一個實施例中，目的地的元素在對應掩碼位具有O值時被設為O。該功能的子集是控制執(zhí)行的操作的向量長度的能力(即，從第一個到最后一個要修改的元素的跨度)，然而，被修改的元素不一定要是連續(xù)的。由此，寫掩碼字段770允許部分向量操作，這包括加載、存儲、算術(shù)、邏輯等。盡管描述了其中寫掩碼字段770的內(nèi)容選擇了多個寫掩碼寄存器中的包含要使用的寫掩碼的一個寫掩碼寄存器(并且由此寫掩碼字段770的內(nèi)容間接地標識了要執(zhí)行的掩碼操作)的本發(fā)明的實施例，但是替代實施例相反或另外允許掩碼寫字段770的內(nèi)容直接地指定要執(zhí)行的掩碼操作。
[0089]立即數(shù)字段772 —其內(nèi)容允許對立即數(shù)的指定。該字段在實現(xiàn)不支持立即數(shù)的通用向量友好格式中不存在且在不使用立即數(shù)的指令中不存在，在這個意義上該字段是任選的。
[0090]類字段768 —其內(nèi)容在不同類的指令之間進行區(qū)分。參考圖7A-B，該字段的內(nèi)容在A類和B類指令之間進行選擇。在圖7A-B中，圓角方形用于指示專用值存在于字段中(例如，在圖7A-B中分別用于類字段768的A類768A和B類768B)。
[0091]A類指令模板
[0092]在A類非存儲器訪問705的指令模板的情況下，α字段752被解釋為其內(nèi)容區(qū)分要執(zhí)行不同擴充操作類型中的哪一種(例如，針對無存儲器訪問的舍入型操作710和無存儲器訪問的數(shù)據(jù)變換型操作715的指令模板分別指定舍入752A.1和數(shù)據(jù)變換752A.2)的RS字段752A，而β字段754區(qū)分要執(zhí)行指定類型的操作中的哪一種。在無存儲器訪問705指令模板中，比例字段760、位移字段762Α以及位移比例字段762Β不存在。
[0093]無存儲器訪問的指令模板一完全舍入控制型操作
[0094]在無存儲器訪問的完全舍入控制型操作710的指令模板中，β字段754被解釋為其內(nèi)容提供靜態(tài)舍入的舍入控制字段754Α。盡管在本發(fā)明的所述實施例中舍入控制字段754Α包括抑制所有浮點異常(SAE)字段756和舍入操作控制字段758，但是替代實施例可支持、可將這些概念兩者都編碼成相同的字段或者僅具有這些概念/字段中的一個或另一個(例如，可僅有舍入操作控制字段758)。
[0095]SAE字段756 —其內(nèi)容區(qū)分是否停用異常事件報告；當SAE字段756的內(nèi)容指示啟用抑制時，給定指令不報告任何種類的浮點異常標志且不喚起任何浮點異常處理程序。
[0096]舍入操作控制字段758 —其內(nèi)容區(qū)分執(zhí)行一組舍入操作中的哪一個(例如，向上舍入、向下舍入、向零舍入、以及就近舍入)。由此，舍入操作控制字段758允許在每一指令的基礎上改變舍入模式。在其中處理器包括用于指定舍入模式的控制寄存器的本發(fā)明的一個實施例中，舍入操作控制字段750的內(nèi)容優(yōu)先于該寄存器值。
[0097]無存儲器訪問的指令模板一數(shù)據(jù)變換型操作
[0098]在無存儲器訪問的數(shù)據(jù)變換型操作715的指令模板中，β字段754被解釋為數(shù)據(jù)變換字段754Β，其內(nèi)容區(qū)分要執(zhí)行多個數(shù)據(jù)變換中的哪一個(例如，無數(shù)據(jù)變換、混合、廣播)。
[0099]在A類存儲器訪問720的指令模板的情況下，α字段752被解釋為驅(qū)逐提示字段752Β，其內(nèi)容區(qū)分要使用驅(qū)逐提示中的哪一個(在圖7Α中，對于存儲器訪問時效性725的指令模板和存儲器訪問非時效性730的指令模板分別指定時效性的752Β.1和非時效性的752Β.2)，而β字段754被解釋為數(shù)據(jù)操縱字段754C，其內(nèi)容區(qū)分要執(zhí)行多個數(shù)據(jù)操縱操作(也稱為基元(primitive))中的哪一個(例如，無操縱、廣播、源的向上轉(zhuǎn)換、以及目的地的向下轉(zhuǎn)換)。存儲器訪問720的指令模板包括比例字段760、以及任選的位移字段762A或位移比例字段762B。
[0100]向量存儲器指令使用轉(zhuǎn)換支持來執(zhí)行來自存儲器的向量加載并將向量存儲到存儲器。如同尋常的向量指令，向量存儲器指令以數(shù)據(jù)元素式的方式與存儲器來回傳輸數(shù)據(jù)，其中實際傳輸?shù)脑赜蛇x為寫掩碼的向量掩碼的內(nèi)容規(guī)定。
[0101]存儲器訪問的指令模板一時效性的
[0102]時效性的數(shù)據(jù)是可能足夠快地重新使用以從高速緩存受益的數(shù)據(jù)。然而，這是提示，且不同的處理器可以不同的方式實現(xiàn)它，包括完全忽略該提示。
[0103]存儲器訪問的指令模板一非時效性的
[0104]非時效性的數(shù)據(jù)是不可能足夠快地重新使用以從第一級高速緩存中的高速緩存受益且應當被給予驅(qū)逐優(yōu)先級的數(shù)據(jù)。然而，這是提示，且不同的處理器可以不同的方式實現(xiàn)它，包括完全忽略該提示。
[0105]B類指令模板
[0106]在B類指令模板的情況下，α字段752被解釋為寫掩碼控制(Z)字段752C，其內(nèi)容區(qū)分由寫掩碼字段770控制的寫掩碼操作應當是合并還是歸零。
[0107]在B類非存儲器訪問705的指令模板的情況下，β字段754的一部分被解釋為RL字段757Α，其內(nèi)容區(qū)分要執(zhí)行不同擴充操作類型中的哪一種(例如，針對無存儲器訪問的寫掩碼控制部分舍入控制類型操作712的指令模板和無存儲器訪問的寫掩碼控制VSIZE型操作717的指令模板分別指定舍入757Α.1和向量長度(VSIZE) 757Α.2)，而β字段754的其余部分區(qū)分要執(zhí)行指定類型的操作中的哪一種。在無存儲器訪問705指令模板中，比例字段760、位移字段762Α以及位移比例字段762Β不存在。
[0108]在無存儲器訪問的寫掩碼控制的部分舍入控制型操作710的指令模板中，β字段754的其余部分被解釋為舍入操作字段759Α，并且停用異常事件報告(給定指令不報告任何種類的浮點異常標志且不喚起任何浮點異常處理程序)。
[0109]舍入操作控制字段759Α —只作為舍入操作控制字段758，其內(nèi)容區(qū)分執(zhí)行一組舍入操作中的哪一個(例如，向上舍入、向下舍入、向零舍入、以及就近舍入)。由此，舍入操作控制字段759Α允許在每一指令的基礎上改變舍入模式。在其中處理器包括用于指定舍入模式的控制寄存器的本發(fā)明的一個實施例中，舍入操作控制字段750的內(nèi)容優(yōu)先于該寄存器值。
[0110]在無存儲器訪問的寫掩碼控制VSIZE型操作717的指令模板中，β字段754的其余部分被解釋為向量長度字段759Β，其內(nèi)容區(qū)分要執(zhí)行多個數(shù)據(jù)向量長度中的哪一個(例如，128字節(jié)、256字節(jié)、或512字節(jié))。
[0111]在B類存儲器訪問720的指令模板的情況下，β字段754的一部分被解釋為廣播字段757Β，其內(nèi)容區(qū)分是否要執(zhí)行廣播型數(shù)據(jù)操縱操作，而β字段754的其余部分被解釋為向量長度字段759Β。存儲器訪問720的指令模板包括比例字段760、以及任選的位移字段762Α或位移比例字段762Β。
[0112]針對通用向量友好指令格式700，示出完整操作碼字段774包括格式字段740、基礎操作字段742以及數(shù)據(jù)元素寬度字段764。盡管示出了其中完整操作碼字段774包括所有這些字段的一個實施例，但是在不支持所有這些字段的實施例中，完整操作碼字段774包括少于所有的這些字段。完整操作碼字段774提供操作碼(opcode)。
[0113]擴充操作字段750、數(shù)據(jù)元素寬度字段764以及寫掩碼字段770允許在每一指令的基礎上以通用向量友好指令格式指定這些特征。
[0114]寫掩碼字段和數(shù)據(jù)元素寬度字段的組合創(chuàng)建各種類型的指令，因為這些指令允許基于不同的數(shù)據(jù)元素寬度應用該掩碼。
[0115]在A類和B類內(nèi)出現(xiàn)的各種指令模板在不同的情形下是有益的。在本發(fā)明的一些實施例中，不同處理器或者處理器內(nèi)的不同核可支持僅A類、僅B類、或者可支持兩類。舉例而言，旨在用于通用計算的高性能通用無序核可僅支持B類，旨在主要用于圖形和/或科學(吞吐量)計算的核可僅支持A類，并且旨在用于兩者的核可支持兩者(當然，具有來自兩類的模板和指令的一些混合、但是并非來自兩類的所有模板和指令的核在本發(fā)明的范圍內(nèi))。同樣，單一處理器可包括多個核，所有核支持相同的類或者其中不同的核支持不同的類。舉例而言，在具有單獨的圖形和通用核的處理器中，圖形核中的旨在主要用于圖形和/或科學計算的一個核可僅支持A類，而通用核中的一個或多個可以是具有旨在用于通用計算的僅支持B類的無序執(zhí)行和寄存器重命名的高性能通用核。不具有單獨的圖形核的另一處理器可包括既支持A類又支持B類的一個或多個通用有序或無序核。當然，在本發(fā)明的不同實施例中，來自一類的特征也可在其他類中實現(xiàn)。可使以高級語言撰寫的程序成為(例如，及時編譯或者統(tǒng)計編譯)各種不同的可執(zhí)行形式，包括:1)僅具有用于執(zhí)行的目標處理器支持的類的指令的形式；或者2)具有使用所有類的指令的不同組合而編寫的替代例程且具有選擇這些例程以基于由當前正在執(zhí)行代碼的處理器支持的指令而執(zhí)行的控制流代碼的形式。
[0116]示例性專用向量友好指令格式
[0117]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性專用向量友好指令格式的框圖。圖8示出專用向量友好指令格式800，其指定位置、尺寸、解釋和字段的次序、以及那些字段中的一些字段的值，在這個意義上向量友好指令格式800是專用的。專用向量友好指令格式800可用于擴展x86指令集，并且由此一些字段類似于在現(xiàn)有x86指令集及其擴展(例如，AVX)中使用的那些字段或與之相同。該格式保持與具有擴展的現(xiàn)有x86指令集的前綴編碼字段、實操作碼字節(jié)字段、MOD R/Μ字段、SIB字段、位移字段、以及立即數(shù)字段一致。示出來自圖7的字段，來自圖8的字段映射到來自圖7的字段。
[0118]應當理解，雖然出于說明的目的在通用向量友好指令格式700的上下文中參考專用向量友好指令格式800描述了本發(fā)明的實施例，但是本發(fā)明不限于專用向量友好指令格式800，除非另有聲明。例如，通用向量友好指令格式700構(gòu)想各種字段的各種可能的尺寸，而專用向量友好指令格式800被示為具有特定尺寸的字段。作為具體示例，盡管在專用向量友好指令格式800中數(shù)據(jù)元素寬度字段764被示為一位字段，但是本發(fā)明不限于此(即，通用向量友好指令格式700構(gòu)想數(shù)據(jù)元素寬度字段764的其他尺寸)。
[0119]通用向量友好指令格式700包括以下列出的按照圖8A中示出的順序的如下字段。
[0120]EVEX前綴(字節(jié)0-3) 802 —以四字節(jié)形式進行編碼。
[0121]格式字段740(EVEX字節(jié)0，位[7:0]) —第一字節(jié)(EVEX字節(jié)O)是格式字段740，并且它包含0x62 (在本發(fā)明的一個實施例中用于區(qū)分向量友好指令格式的唯一值)。
[0122]第二一第四字節(jié)(EVEX字節(jié)1-3)包括提供專用能力的多個位字段。
[0123]REX 字段 805 (EVEX 字節(jié) I，位[7-5]) —由 EVEX.R 位字段(EVEX 字節(jié) I，位[7] - R)、EVEX.X 位字段(EVEX 字節(jié) 1，位[6] - X)以及(757BEX 字節(jié) 1，位[5] - B)組成。EVEX.R、EVEX.X和EVEX.B位字段提供與對應VEX位字段相同的功能，并且使用I補碼的形式進行編碼，即ZMMO被編碼為1111B，ZMM15被編碼為0000B。這些指令的其他字段對如在本領(lǐng)域中已知的寄存器索引的較低三個位(rrr、xxx、以及bbb)進行編碼，由此可通過增加EVEX.R、EVEX.X 以及 EVEX.B 來形成 Rrrr、Xxxx 以及 Bbbb。
[0124]REX’字段710—這是REX’字段710的第一部分，并且是用于對擴展的32個寄存器集合的較高16個或較低16個寄存器進行編碼的EVEX.R’位字段(EVEX字節(jié)1，位[4] -R，)。在本發(fā)明的一個實施例中，該位與以下指示的其他位一起以位反轉(zhuǎn)的格式存儲以(在公知x86的32位模式下)與實操作碼字節(jié)是62的BOUND指令進行區(qū)分，但是在MOD R/Μ字段(在下文中描述)中不接受MOD字段中的值11 ;本發(fā)明的替代實施例不以反轉(zhuǎn)的格式存儲該指示的位以及其他指示的位。值I用于對較低16個寄存器進行編碼。換句話說，通過組合EVEX.R’、EVEX.R、以及來自其他字段的其他RRR來形成R’ Rrrr。
[0125]操作碼映射字段815(EVEX字節(jié)1，位[3:0] - _皿)-其內(nèi)容對隱含的前導操作碼字節(jié)(0F、0F38、或0F3)進行編碼。
[0126]數(shù)據(jù)元素寬度字段764 (EVEX字節(jié)2，位[7] - W) 一由記號EVEX.W表示。EVEX.W用于定義數(shù)據(jù)類型(32位數(shù)據(jù)元素或64位數(shù)據(jù)元素)的粒度(尺寸)。
[0127]EVEX.vvvv820 (EVEX 字節(jié) 2,位[6:3]_vvvv) — EVEX.vvvv 的作用可包括如下:1)EVEX.vvvv編碼第一源寄存器操作數(shù)且對具有兩個或兩個以上源操作數(shù)的指令有效，第一源寄存器操作數(shù)以反轉(zhuǎn)(I補碼)的形式被指定；2) EVEX.vvvv編碼目的地寄存器操作數(shù)，目的地寄存器操作數(shù)針對特定向量位移以I補碼的形式被指定；或者3)EVEX.vvvv不編碼任何操作數(shù)，保留該字段，并且應當包含1111b。由此，EVEX.vvvv字段820對以反轉(zhuǎn)(I補碼)的形式存儲的第一源寄存器指定符的4個低階位進行編碼。取決于該指令，額外不同的EVEX位字段用于將指定符尺寸擴展到32個寄存器。
[0128]EVEX.U768類字段(EVEX字節(jié)2，位[2]-U)—如果EVEX.U = 0，則它指示A類或EVEX.UO ;如果 EVEX.U = 1，則它指示 B 類或 EVEX.Ul。
[0129]前綴編碼字段825 (EVEX字節(jié)2，位[1:0]-ρρ) —提供了用于基礎操作字段的附加位。除了對以EVEX前綴格式的傳統(tǒng)SSE指令提供支持以外，這也具有壓縮SMD前綴的益處(EVEX前綴只需要2位，而不是需要字節(jié)來表達SMD前綴)。在一個實施例中，為了支持使用以傳統(tǒng)格式和以EVEX前綴格式的SMD前綴(66H、F2H、F3H)的傳統(tǒng)SSE指令，將這些傳統(tǒng)SMD前綴編碼成SMD前綴編碼字段；并且在運行時在提供給解碼器的PLA之前被擴展成傳統(tǒng)SMD前綴(因此PLA可執(zhí)行傳統(tǒng)和EVEX格式的這些傳統(tǒng)指令，而無需修改)。雖然較新的指令可將EVEX前綴編碼字段的內(nèi)容直接作為操作碼擴展，但是為了一致性，特定實施例以類似的方式擴展，但允許由這些傳統(tǒng)SIMD前綴指定不同的含義。替代實施例可重新設計PLA以支持2位SMD前綴編碼，并且由此不需要擴展。
[0130]α 字段 752 (EVEX 字節(jié) 3，位[7] - EH,也稱為 EVEX.EH、EVEX.rs、EVEX.RL、EVEX.寫掩碼控制、以及EVEX.N;也以α示出)一如先前所述，該字段是針對上下文的。
[0131]β 字段 754(EVEX 字節(jié) 3，位[6:4]_SSS，也稱為 EVEX.s2_0、EVEX.r2_0、EVEX.rrl,EVEX.LLO、EVEX.LLB ;也以β β β示出)一如先前所述，該字段是針對上下文的。
[0132]REX’字段710 —這是REX’字段的其余部分，并且是可用于對擴展的32個寄存器集合的較高16個或較低16個寄存器進行編碼的EVEX.V’位字段(EVEX字節(jié)3，位[3] - V’)。該位以位反轉(zhuǎn)的格式存儲。值I用于對較低16個寄存器進行編碼。換句話說，通過組合EVEX.V’、EVEX.vvvv 來形成 V’ VVVV。
[0133]寫掩碼字段770 (EVEX字節(jié)3，位[2:0]_kkk) —其內(nèi)容指定寫掩碼寄存器中的寄存器索引，如先前所述。在本發(fā)明的一個實施例中，特定值EVEX.kkk = 000具有暗示沒有寫掩碼用于特定指令的特殊行為(這可以各種方式實現(xiàn)，包括使用硬連線到所有的寫掩碼或者旁路掩碼硬件的硬件來實現(xiàn))。
[0134]實操作碼字段830 (字節(jié)4)還被稱為操作碼字節(jié)。操作碼的一部分在該字段中被指定。
[0135]MOD R/Μ字段840 (字節(jié)5)包括MOD字段842、Reg字段844、以及R/Μ字段846。如先前所述的，MOD字段842的內(nèi)容將存儲器訪問和非存儲器訪問操作區(qū)分開。Reg字段844的作用可被歸結(jié)為兩種情形:對目的地寄存器操作數(shù)或源寄存器操作數(shù)進行編碼；或者被視為操作碼擴展且不用于對任何指令操作數(shù)進行編碼。R/Μ字段846的作用可包括如下:對引用存儲器地址的指令操作數(shù)進行編碼；或者對目的地寄存器操作數(shù)或源寄存器操作數(shù)進行編碼。
[0136]比例、索引、基址(SIB)字節(jié)(字節(jié)6) —如先前所述的，比例字段750的內(nèi)容用于存儲器地址生成。SIB.xxx854和SIB.bbb856 一先前已經(jīng)針對寄存器索引Xxxx和Bbbb提及了這些字段的內(nèi)容。
[0137]位移字段762A (字節(jié)7-10) —當MOD字段842包含10時，字節(jié)7_10是位移字段762A，并且它與傳統(tǒng)32位位移(disp32) —樣地工作，并且以字節(jié)粒度工作。
[0138]位移因數(shù)字段762B (字節(jié)7) —當MOD字段842包含OI時，字節(jié)7是位移因數(shù)字段762B。該字段的位置與傳統(tǒng)x86指令集8位位移(disp8)的位置相同，它以字節(jié)粒度工作。由于disp8是符號擴展的，因此它僅能在-128和127字節(jié)偏移量之間尋址；在64字節(jié)高速緩存行的方面，disp8使用可被設為僅四個真正有用的值-128、-64、0和64的8位；由于常常需要更大的范圍，所以使用disp32 ;然而，disp32需要4個字節(jié)。與disp8和disp32對比，位移因數(shù)字段762B是dispS的重新解釋；當使用位移因數(shù)字段762B時，通過將位移因數(shù)字段的內(nèi)容乘以存儲器操作數(shù)訪問的尺寸(N)來確定實際位移。該類型的位移被稱為disp8*N。這減小了平均指令長度(單個字節(jié)用于位移，但具有大得多的范圍)。這種壓縮位移基于有效位移是存儲器訪問的粒度的倍數(shù)的假設，并且由此地址偏移量的冗余低階位不需要被編碼。換句話說，位移因數(shù)字段762B替代傳統(tǒng)x86指令集8位位移。由此，位移因數(shù)字段762B以與x86指令集8位位移相同的方式(因此在ModRM/SIB編碼規(guī)則中沒有變化)進行編碼，唯一的不同在于，將dispS超載至disp8*N。換句話說，在編碼規(guī)則或編碼長度中沒有變化，而僅在通過硬件對位移值的解釋中有變化(這需要按存儲器操作數(shù)的尺寸按比例縮放位移量以獲得字節(jié)式地址偏移量)。
[0139]立即數(shù)字段772如先前所述地操作。
[0140]完整操作碼字段
[0141]圖SB是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的構(gòu)成完整操作碼字段774的具有專用向量友好指令格式800的字段的框圖。具體地，完整操作碼字段774包括格式字段740、基礎操作字段742、以及數(shù)據(jù)元素寬度(W)字段764?；A操作字段742包括前綴編碼字段825、操作碼映射字段815以及實操作碼字段830。
[0142]寄存器索引字段
[0143]圖SC是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的構(gòu)成寄存器索引字段744的具有專用向量友好指令格式800的字段的框圖。具體地，寄存器索引字段744包括REX字段805、REX’字段 810、MODR/M.reg 字段 844、MODR/M.r/m 字段 846、VVVV 字段 820、xxx 字段 854 以及bbb 字段 856。
[0144]擴充操作字段
[0145]圖8D是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的構(gòu)成擴充操作字段750的具有專用向量友好指令格式800的字段的框圖。當類(U)字段768包含O時，它表明EVEX.U0(A類768A)；當它包含I時，它表明EVEX.Ul (B類768B)。當U = O且MOD字段842包含11 (表明無存儲器訪問操作)時，α字段752 (EVEX字節(jié)3，位[7] - EH)被解釋為rs字段752A。當rs字段752A包含I (舍入752A.1)時，β字段754 (EVEX字節(jié)3，位[6:4] - SSS)被解釋為舍入控制字段754A。舍入控制字段754A包括一位SAE字段756和兩位舍入操作字段758。當rs字段752A包含O (數(shù)據(jù)變換752A.2)時，β字段754 (EVEX字節(jié)3，位[6:4] - SSS)被解釋為三位數(shù)據(jù)變換字段754B。當U = O且MOD字段842包含00、01或10 (表明存儲器訪問操作)時，α字段752 (EVEX字節(jié)3，位[7] -EH)被解釋為驅(qū)逐提示(EH)字段752B且β字段754(EVEX字節(jié)3，位[6:4] - SSS)被解釋為三位數(shù)據(jù)操縱字段754C。
[0146]當U = I時，α字段752(EVEX字節(jié)3，位[7] - EH)被解釋為寫掩碼控制(Z)字段752C。當U = I且MOD字段842包含11 (表明無存儲器訪問操作)時，β字段754的一部分(EVEX字節(jié)3，位[4] - S0)被解釋為RL字段757Α ;當它包含I (舍入757Α.1)時，β字段754的其余部分(EVEX字節(jié)3，位[6_5] - S2^1)被解釋為舍入操作字段759Α，而當RL字段757Α包含0(VSIZE757.A2)時，β字段754的其余部分(EVEX字節(jié)3，位[6-5]-?^)被解釋為向量長度字段759B(EVEX字節(jié)3，位[6-5] - L1J。當U= I且MOD字段842包含00、01或10(表明存儲器訪問操作)時，β字段754(EVEX字節(jié)3，位[6:4] - SSS)被解釋為向量長度字段759B (EVEX字節(jié)3，位[6-5] - L卜0)和廣播字段757B (EVEX字節(jié)3，位[4] - B)。
[0147]示例性寄存器架構(gòu)
[0148]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的寄存器架構(gòu)900的框圖。在所示出的實施例中，有32個512位寬的向量寄存器910 ;這些寄存器被引用為zmmO到zmm31。較低的16zmm寄存器的較低階256個位覆蓋在寄存器ymmO-16上。較低的16zmm寄存器的較低階128個位(ymm寄存器的較低階128個位)覆蓋在寄存器xmmO-15上。專用向量友好指令格式800對這些覆蓋的寄存器組操作，如在以下表格中所示的。
[0149]

【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 功能單元邏輯電路，具有: a)第一寄存器，用于存儲第一輸入向量操作數(shù)，所述第一輸入向量操作數(shù)具有用于多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每個維度的元素，所述第一向量操作數(shù)的每個元素指定其相應維度的尺寸； b)第二寄存器，用于存儲第二輸入向量操作數(shù)，所述第二輸入向量操作數(shù)指定所述多維結(jié)構(gòu)的特定區(qū)段的坐標； c)邏輯電路，用于計算所述特定區(qū)段相對于所述多維結(jié)構(gòu)的原點區(qū)段的地址的地址偏移量。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括第三寄存器，用于存儲所述原點區(qū)段的所述地址。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括加法器，耦合至所述邏輯電路的輸出和所述第三寄存器，所述加法器用于計算所述特定區(qū)段的地址。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述邏輯電路被設計成計算:
(Y_(N-1)*Χ_(Ν-2)*Χ_(Ν-3)...Χ_ (I)*Χ_ (O)) +
(Υ_ (Ν-2) *Χ_ (Ν-3)...Χ_ (I) *Χ_ (O)) +...+
(Υ_(1)*Χ_(0)) +
(Υ_ (O)) 其中N是所述多維結(jié)構(gòu)的維度的數(shù)量，并且X是所述第一向量輸入操作數(shù)，且Y是所述第二向量輸入操作數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)果被存儲在所述第一和第二寄存器中的一個中。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)果被存儲在標量寄存器空間中。
7.一種方法，包括: a)取出和解碼指令； b)取出用于所述指令的輸入操作數(shù)數(shù)據(jù)，包括取出: 第一輸入向量操作數(shù)，所述第一輸入向量操作數(shù)具有用于多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每個維度的元素，所述第一輸入向量操作數(shù)的每個元素指定其相應維度的尺寸； 第二輸入向量操作數(shù)，所述第二輸入向量操作數(shù)指定所述多維結(jié)構(gòu)的特定區(qū)段的坐標； c)將所述第一和第二輸入向量操作數(shù)呈遞給功能單元邏輯電路，所述功能單元邏輯電路計算所述特定區(qū)段相對于所述多維結(jié)構(gòu)的原點區(qū)段的地址的地址偏移量。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括取出所述原點區(qū)段的所述地址。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括加上所述原點區(qū)段的所述地址。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述計算所述地址偏移量包括:
(Y_(N-1)*Χ_(Ν-2)*Χ_(Ν-3)...Χ_ (I)*Χ_ (O)) +
(Υ_ (Ν-2) *Χ_ (Ν-3)...Χ_ (I) *Χ_ (O)) +...+
(Υ_(1)*Χ_(0)) +
(Υ_ (O)) 其中N是所述多維結(jié)構(gòu)的維度的數(shù)量，并且X是所述第一向量輸入操作數(shù)，且Y是所述第二向量輸入操作數(shù)。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括將來自所述功能單元的結(jié)果存儲到標量寄存器空間中。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括將來自所述功能單元的結(jié)果存儲到向量寄存器空間中。
13.—種方法,包括: a)取出和解碼指令； b)取出用于所述指令的輸入操作數(shù)數(shù)據(jù)，包括取出: 第一輸入向量操作數(shù)，所述第一輸入向量操作數(shù)具有用于多維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的每個維度的元素，所述第一輸入向量操作數(shù)的每個元素指定其相應維度的尺寸； 第二輸入向量操作數(shù)，所述第二輸入向量操作數(shù)指定所述多維結(jié)構(gòu)的特定區(qū)段的坐標； c)將所述第一和第二輸入向量操作數(shù)呈遞給功能單元邏輯電路，所述功能單元邏輯電路計算所述特定區(qū)段相對于所述多維結(jié)構(gòu)的原點區(qū)段的地址的地址偏移量； d)將所述地址偏移量與所述原點區(qū)段的所述地址相加，以構(gòu)造所述特定區(qū)段的地址；以及 e)使用所述特定區(qū)段的所述地址來訪問所述特定區(qū)段的數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括取出所述原點區(qū)段的所述地址。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述計算所述地址偏移量包括:
(Y_(N-1)*Χ_(Ν-2)*Χ_(Ν-3)...Χ_ (I)*Χ_ (O)) +
(Υ_ (Ν-2) *Χ_ (Ν-3)...Χ_ (I) *Χ_ (O)) +...+
(Υ_(1)*Χ_(0)) +
(Υ_ (O)) 其中N是所述多維結(jié)構(gòu)的維度的數(shù)量，并且X是所述第一向量輸入操作數(shù)，且Y是所述第二向量輸入操作數(shù)。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括將來自所述功能單元的結(jié)果存儲到標量寄存器空間中。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括將來自所述功能單元的結(jié)果存儲到向量寄存器空間中。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述訪問包括將更低位附加到所述特定區(qū)段的所述地址。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述原點區(qū)段的所述地址不是零。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括將來自所述功能單元的結(jié)果存儲到寄存器中，曾經(jīng)從所述寄存器將用于所述功能單元的輸入操作數(shù)提供給所述功能單元。
【文檔編號】G06F9/305GK104081341SQ201180076286
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月23日
【發(fā)明者】M·普羅特尼科夫, A·納賴金, E·烏爾德-阿邁德-瓦爾 申請人:英特爾公司