專利名稱:向量處理系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明介紹一種向量處理系統(tǒng)，并具體介紹一種能夠取定準備在向量寄存器中使用的存儲單元號數(shù)的向量處理系統(tǒng)。
美國專利№4，128，880就是以前的向量處理系統(tǒng)技藝的一個例子。該建議的系統(tǒng)裝有8個向量寄存器，每個寄存器有64個存儲單元。它們是用來對相應的向量寄存器的每個存儲單元中的微量數(shù)據(jù)執(zhí)行向量處理的。一個向量寄存器的長度，即在一個向量寄存器內的存儲單元的個數(shù)，在這里，我們稱它為最大向量長度(MVL)。在向量處理中，首先所要執(zhí)行的向量成分的數(shù)目，隨一條指令而被存入名叫向量長度寄存器的存儲設備，這種向量長度寄存器是用來保持所要執(zhí)行的向量操作數(shù)。其次，通過在向量長度寄存器內存儲的相應數(shù)值，向量成分由向量寄存器順序地讀出，而送往對向量起作用的單元。相對于讀出的向量成分，就執(zhí)行這種用指令確定的操作(例如加法、乘法等)。其操作結果又順序地存入其它向量寄存器或主存儲器?，F(xiàn)在，如果在用FORTRON語言或其它程序設計語言所寫的程序中，循環(huán)部分的重復次數(shù)N等于或少于MVL;則N就被存入向量長度寄存器，依次按指令的規(guī)定將幾組N向量成分存入向量寄存器，并且對向量寄存器讀出的N向量成分順序地執(zhí)行循環(huán)部分中按所規(guī)定的操作。另一方面，在N比MVL大時，就得出M值，M值是由(N-1)/MVL的余數(shù)再加1，并首先存放在向量長度寄存器內，以便執(zhí)行第一種處理過程。在第一處理過程中，有幾組M向量成分，都依次存儲到指定的向量寄存器內，并按M向量成分的組別，執(zhí)行指定的操作。在第二處理過程中，MVL就由程序裝入向量長度寄存器內，幾組MVL的向量長度數(shù)目就依次地存儲到指定的向量寄存器內，并且執(zhí)行為各組MVL向量成分所指定的操作。隨著其余各組向量成分，這個第二處理過程就隨著其它剩下的向量成分組別而重復〔(N-1)/MVL〕次;這里，〔(N-1/MVL〕就是沒有超過(N-1)/MVL的最大整數(shù)。照這樣，雖然循環(huán)部分由于具有N＞MVL的關系，而且可用從前的技術系統(tǒng)加以處理，但是目標程序必須使MVL作為一個常數(shù)。結果，為了用若干個備有向量寄存器的向量處理系統(tǒng)，來執(zhí)行目標程序，每個向量寄存器具有比上述以前的技術系統(tǒng)所用的相應的向量寄存器的位長少一個位長，該程序的某些重新編譯的分步，對于用來改變MVL，使之適用于具有這樣的較短位長的向量寄存器來說，是必不可少的。一般來說，為商業(yè)目的而制造的向量處理系統(tǒng)，其較大數(shù)量的設計型號是備有不同MVLS的向量寄存器的，有時是為了滿足用戶的不同的要求以使其價格-性能的比率最佳化而制作的。結果，就必需制作相當于這類型號的目標程序，因為在那些型號之間是不能互換的。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種向量處理系統(tǒng)，它避免了上述以前技術系統(tǒng)所提到的缺點。
本發(fā)明的一種情況是用一個向量處理系統(tǒng)，它包括供存儲指令與操作數(shù)的主存儲器;至少有一個能由每個上述指令存取的標量寄存器;較大數(shù)量的向量寄存器，每個向量寄存器具有較大數(shù)量的存儲單元，以保存較大數(shù)量的預訂數(shù)據(jù)組的向量成分;為了響應第一指令而用至少一個上述向量寄存器中的至少一組上述向量成分，來進行預定操作所需的功能設備;用來存儲在每個上述向量寄存器中需要使用的存儲單元的MVL數(shù)值(一個正整數(shù))的第一存儲設備;用來在第一存儲設備取定上述數(shù)值MVL的取定設備;對把上述第一存儲設備的內容傳遞到上述標量寄存器或上述的主存儲器所用的第二指令起反應的控制設備;第二存儲設備，它是用來保存上述至少一個向量寄存器中的上述向量成分的數(shù)目，這個數(shù)目是根據(jù)傳遞到上述標量寄存器或上述主存儲器的上述第一存儲設備的內容MVL，和由第三指令所確定的向量操作數(shù)N(一個正整數(shù))而被傳送到功能設備的數(shù)目;以及讀出設備，它是為了隨著上述第二存儲設備的內容而順序地將上述的至少一個向量寄存器的向量成分讀出到上述第二存儲設備的。
當聯(lián)系到附加的圖表時，本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點，就可從以下的敘述中看出圖1是本發(fā)明的第一實施方案的方框圖;
圖2A與圖2B是本發(fā)明所用的指令的格式簡圖;
圖3表明經(jīng)傳送途徑處理的操作定時圖表的說明;
圖4A與圖4B，供解說源程序與目標程序的樣式;
圖5為本發(fā)明的第二實施方案的方框圖;
圖6是主存儲器控制器的一個例子的方框圖。
在這些圖表內，相同的參考數(shù)碼代表相同的結構成分。
現(xiàn)在先從圖1來說，這是本發(fā)明的第一種實施方案，它包含一只功能部件5，功能部件5具有一只加法器510，一只乘法器/除法器511，一只移位器512和一只邏輯單元513;主存儲器(MM)3有鄰接的存儲單元，其中鄰接的地址是指定由地址0開始，并且它依次地有1個字節(jié)的長度;8個向量寄存器V0至V7，各有64個存儲單元;1個指令寄存器6;1個最長的向量長度寄存器(MVR)7;1只標量寄存器群4，它包含16個能編址的標量寄存器S1至S16，供標量操作或計算地址使用;一只選擇電路9;一只向量長度寄存器2;一只通道選擇電路1;一只譯碼器10;置位裝置8;一只向量成分計數(shù)器11;一只寄存器12和一只計數(shù)器13。
圖2A是第一種類型的指令，它具有本方案使用的第一種指令格式(RR)，(即，一種算術指令或是一種存儲存取指令)。第一種指令包括操作碼的字段OP(由0位至7位)，一只結果寄存器的指定字段Ry(由16位至23位)及一個第二輸入寄存器指定字段Rz(由24位至31位)。
在圖2B內，它是第二種類型的指令，它有一個第二種用于本方案的指令格式(Rx)，它包含一段位移字段D(由32位至63位)，其其余的字段是與第一類型的指令相同。
再回到圖1來看，從V0到V7的寄存器各有64個存儲單元，它們都被配置有0到63的地址。由于V1至V7的每只寄存器都能保存多至64個向量成分，每個向量成分有4個字節(jié)長，其MVL是64。V0和V1寄存器被相應地接至510部件，V2和V3接至511部件，V4和V5接至512部件，V6和V7接至513部件。在本實施方案中，由于部件5與寄存器V0至V7之間的連接是固定的，因此Ry與Rz字段不能作向量操作指令使用。寄存器2經(jīng)過通道14連接到寄存器12，以保存由指令規(guī)定的向量操作數(shù)。寄存器2的內容，能由指令，例如從MM3來的指令，任意地置位。由MM3通過通道15，裝到指令寄存器6的指令字段OP，就由譯碼器10進行譯碼。MVR7就用MVL的值進行置位，例如在本實施方案中64就是通過置位裝置8來置位的。置位裝置8包括跳線，機械開關或供維護和診斷用的服務處理機。它也可能采用一種特殊的通道，如掃描通道。電路1的功能是在MM3和寄存器群4和寄存器V0至V7之間，部件5和寄存器V0至V7之間，以及寄存器群4與部件5之間選擇傳送數(shù)據(jù)的通道。電路9是相對應地對字段Rx字段Ry和在寄存器群4中選擇相應的標量寄存器，作為輸出寄存器的字段Rz，第一級輸入寄存器和第二級輸入寄存器。例如如果由MM3取出指令而送到寄存器6的是把MVR7的內容裝到寄存器群4內的“LOAD”指令，則電路9就在該群4內選擇相應的標量寄存器，以響應該指令的Rx字段。接著，MVR7的內容通過通道19裝到標量寄存器內，該標量寄存器是已經(jīng)由字段Rx所選擇的。單元510，511，512和513都是通過較大數(shù)量的分級流水線而處理的。每一分級的處理都要與時鐘振蕩源(圖中未畫出)所送來的時鐘同步進行的。對于這種流水線的構造和操作，可參考下述的論文，其題目為“IBM系統(tǒng)/360 91型浮點執(zhí)行單元”S.F.安德遜等人著，發(fā)表于“IBM研究與開發(fā)期刊”卷11，第1期，1967年1月，第54～68頁上。例如510單元包括一個指數(shù)部分比較級5101，它是用來把從寄存器V0和V1送來的兩個向量成分的指數(shù)部分進行比較的
用來調整這些成分位數(shù)的尾數(shù)部分數(shù)位調整級5102，一個加法級5103，它是為把這些部件的尾數(shù)部分相加使用的;和一個加法結果校正級5104。為下所述，在向量加法處理的過程中，輸入數(shù)據(jù)是順序地由寄存器V0和V1內的存儲單元的零地址，隨著時鐘的同步而送往部件510去的。這時，通過通道16，電路1已被送入寄存器6中指令的字段Rx。電路1順續(xù)地把從510單元連續(xù)輸出的各加法結果，傳送到由指令的字段Rx所規(guī)定的向量寄存器的一個接一個的存儲單元。另一方面寄存器2的內容，在開始執(zhí)行向量加法處理過程，并且同時將計數(shù)器11的內容進行初始化置“0”時，暫時先存放在寄存器12內。當在寄存器12的內容不是“0”時，計數(shù)器11繼續(xù)隨著時鐘的同步進行計數(shù)。計數(shù)器11的輸出是通過通道17，作為地址數(shù)據(jù)而送到寄存器V0和V1，并且因此被編址的存儲單元的內容就被如上所述地送往部件510去。計數(shù)器13就隨著時鐘的同步，從寄存器12的內容中減“1”，并將結果再存儲到寄存器12內。這樣的計數(shù)器11的向上加的計數(shù)操作和計數(shù)器13的向下減的計數(shù)操作一直繼續(xù)進行到寄存器12的內容變?yōu)椤?”為止。這種像寄存器2和計數(shù)器11與13的硬件也是為一對寄存器V2和V3，一對寄存器V4和V5，以及一對寄存器V6和V7作好準備，但在圖中為了簡化起見，都被省略了。
圖3是為了說明上述的操作的時序圖。在圖3中，Vi(j)(i，j＝0至7)表明向量寄存器Vi的第i級存儲單元的內容;T1表明由向量寄存器V0與V1到部件510的傳送循環(huán);C是5101級的循環(huán);S是5102級的循環(huán);A是5103級的循環(huán);N是5104級的循環(huán);以及T2是由部件510至編址的向量寄存器的傳送循環(huán)。
現(xiàn)在要說明一下，在FORTRAN語言中所寫的源程序，“DO”的循環(huán)部分是如何來完成的，這在圖4A中已表明。在圖4A中的DO循環(huán)部分表示在DO語句和CONTINUE語句之間有至少一個要執(zhí)行N次的語句(N是個整數(shù))。在本實施方案中，目標程序如圖4B所示的是由圖4A的源程序產(chǎn)生的。在這種目標程序中所用的操作指令如表1所列。
表一指令 格式 操作LDS Rx， RX Rx←M(Ry+Rz+D)M 把主存貯器的內容裝入由Rx所確定的標量寄存器中。上述主存貯器就是利用由Ry字段確定的寄存器內容(Ry)和由Rz字段確定的內容(Rz)以及位移量相加后所得到的地址來編址的主存貯器。
SMVL RxRR Rx←MVR把MVR的內容裝入由Rx字段所確定的標量寄存器。
ADD Rx， RR Rx←Ry+RzRy，Rz把(Ry)和(Rz)整數(shù)相加，并把結果值存入由字段Rx所確定的標量寄存器。
AND Rx， RR Rx←Ry+RzRy，Rz把(Ry)和(Rz)通過“與”操作所得到的結果存入由Rx字段所確定的標量寄存器中。
SLL Rx， RR Rx←Ry＜RzRy，Rz(Rz)被左移若干位，其具體位數(shù)由數(shù)段Rx所確定。
OR Rx， RR Rx←Ry｜RzRy，Rz把由(Ry)和(Rz)的“或”操作所得到的結果存入由數(shù)段Rx所確定的標量寄存器。
續(xù)表一指令 格式 操作LVL Ry VL←Ry把(Ry)裝入向量長度寄存器(VL)。
SUB Rx， RR Rx←Ry-RzRy，Rz把(Ry)進行整數(shù)相減后把結果存入由數(shù)段Rx所確定的向量寄存器。
BNZ RxRX 如果(Rx)不是“O”，則(Rx)就被轉M 移到MM中的指令，MM就是利用(Ry)，(Rz)和位移量D三者相加而得到的地址來編址的。
現(xiàn)在我們參閱圖4B和圖1就可說明這個主程序。我們假設將各向量成分以鄰接的地址存入MM3，并且在一個向量成分中占有4個鄰接的地址。
分步(1)隨著把LDS指令存入寄存器6的過程，而重復次數(shù)N就被MM3的程序裝入寄存器SI中。
分步(2)隨著把SMVL指令存入寄存器6的過程;而MVR7的內容，即MVL(＝64)，就被通過通道19而存入標量寄存器S2。
分步(3)隨著把ADD指令存入寄存器6的過程，而把由單元510把SI寄存器的內容(N)和“-1”相加而得的結果，通過通道25、電路1和通道26存入標量寄存器S3。
分步(4)當把ADD指令存入寄存器6時，由單元510把S2寄存器的內容(MVL)和“-1”相加而得的結果存入標量寄存器S4。
分步(5)隨著把AND指令存入寄存器6的過程;而把由單元513把寄存器S3的內容(N-1)和寄存器S4的內容(MVL-1)進行“與”操作后所得的結果，通過通道27、電路1及通道26存入標量寄存器S5。
分步(6)隨著把ADD指令存入寄存器6的過程，而把寄存器S5的內容和“1”相加的結果存入標量寄存器S6。
分步(7)隨著把SLL指令存入寄存器6的過程，寄存器S6的內容就通過通道28、電路1和通道26而存入寄存器S7內;上述寄存器S6的內容就是已被512單元左移2位而使“4”乘以寄存器S6的存數(shù)的內容。結果，需要讀出MM3的第一向量成分就可在寄存器S7內得到。
分步(8)隨著把SLL存入寄存器6的過程，而把被單元512將寄存器S2的內容左移2位而存入寄存器S8。結果，當向量長度為MVL時，就可得到各向量成分組間的距離。
分步(9)隨著LVL指令存入寄存器6，而“4”就被存入寄存器S9。
分步(10)隨著LVL指令存入寄存器6，而把寄存器S6的內容通過通道20裝入寄存器2。
分步(i+1)(i是11或更大的整數(shù))隨著ADD指令被存入寄存器6的過程，而把由單元510將寄存器S9的內容和寄存器S7的內容相加而得到的結果存入寄存器S9。結果，就可重復得到在MM3中下一組向量成分的讀出地址。
分步(i+2)隨著這個OR指令存入寄存器6而把寄存器S8的內容裝入寄存器S7。
分步(i+3)隨著SUB指令存入寄存器6的過程，而把由510單元從寄存器S1的內容中減剩的寄存器S6的內容存入寄存器S1。結果，就可得到剩下的而尚未處理的向量成分。
分步(i+4)隨著OR指令存入寄存器6而把寄存器S2的(MVL)內容裝入寄存器S6。
分步(i+5)隨著BNZ指令存入寄存器6而校驗了寄存器S1的內容;并且，如果其內容不是“0”，則執(zhí)行從第10分步起的各分步。
在從分步(3)到分步(5)的一系列處理過程中，N-1/MVL的余數(shù)可根據(jù)MVL，一般是2的取冪，而算出。一直到分步(9)的過程都是DO循環(huán)操作的予先處理過程。
從前面陳述就已很清楚，在本實施方案中，由于這個目標程序，在每個向量寄存器中沒有存貯單元的號數(shù)(即MVL，作為一個常數(shù))，所以只要利用取定設備8來變更MVR7的內容就可以與裝有不同貯存電容器的向量寄存器系統(tǒng)共用一個公用的目標程序。
參閱圖5，可看到本發(fā)明的第二個與上述實施方案相同結構的第一個實施方案，所不同的是附加了一種存貯器的控制器18;通過它，可把MVR 7的內容傳到MM3。
參閱圖6，在第二個實施方案中，它包括一個有三個輸入端的加法器181，一個地址寄存器182和數(shù)據(jù)寄存器183和184。把MVR7的內容傳遞到MM3的指令是第二種類型的指令。當這種指令被存入指令寄存器60時，隨著把該指令的字段Ry和Rz，和被選定的標量寄存器的內容送到加法器的兩個輸入端的過程，而選擇器9就通過通道23-1和23的23-2，選擇2個相應的標量寄存器。當該指令的字段D已被通過通道21送到加法器181的剝下的一個輸入端時，它們就被相加起來而將其結果存入寄存器182。MVR7的內容就被暫時通過通道22存入寄存器183，然后被存入MM3的地址部份;MM3是由寄存器182的內容來編址的。寄存器184暫時貯存MM3讀出的數(shù)據(jù)。換句話說，寄存器184充作為把數(shù)據(jù)通過通道23的23-4傳送到標量寄存器群4的緩沖器。在如上面所述，在本實施方案中，向量操作指令是在MVR7的內容已被傳遞到MM3(而不是傳遞到群4)以后才執(zhí)行的。
前面的說明關系到本發(fā)明的最佳實施方案，但是很顯然，對熟練本技藝者來說，本發(fā)明就能夠很容易地以其他不同形式來實現(xiàn)。

權利要求
1.向量處理系統(tǒng)包括一個貯存操作數(shù)的指令的主存器；至少一個可由上述各種指令存取的標量寄存器；一個較大數(shù)量的向量寄存器，每個由量寄存器具有較大數(shù)量的，用來保存予訂數(shù)據(jù)組的許多向量成分的存貯單元；為了響應第一種指令而用至少一個上述向量寄存器中的至少一組上述向量成分來進行予定操作所需的功能設備；用來在上述第一存貯設備取定上述MVL數(shù)值的取定設備；用來存貯在每個上述向量寄存器中所要用的存貯單元的MVL數(shù)(一種正整數(shù))的第一存貯設備；對用來把上述第一存貯設備的內容傳遞到上述標量寄存器或上述主存貯器所用的第二種指令起反應的控制設備；第二存貯設備，它是用來保存上述至少一個向量寄存器中的上述向量成分的數(shù)目，這個數(shù)目是根據(jù)傳遞到上述標量寄存器或上述主存貯器的上述第一存貯設備的內容MVL和由第三種指令所確定的向量操作數(shù)N(一個正整數(shù))而被傳送到上述功能設備的數(shù)目；及用來順序地讀出上述至少一個向量寄存器中的向量成分，隨著上述第二存貯設備的內容而送到上述功能設備的讀出設備。
2.在權利要求
范圍1中所要求的向量處理系統(tǒng)中，上述取定設備是一根跳線，一個機械開關，一個控制臺，一個服務處理器或一個搜索通道。
3.在權利要求
范圍1中所要求的向量處理系統(tǒng)中，如果在向量處理的起始時間，上述N被除以MVL所得的余數(shù)是零時;則上述第二存貯設備就保存上述MVL;并且如果上述余數(shù)不是零;則保存上述余數(shù)。
4.在權利要求
范圍1中所要求的向量處理系統(tǒng)中，如果在向量處理起始時間，上述N除以上述MVL的余數(shù)不是零而其商數(shù)是1或更多時;則上述第二存貯設備保存余數(shù);并且在根據(jù)上述余數(shù)而讀出的設備完成讀出程序以后，上述第二存貯設備保存上述MVL。
專利摘要
向量處理系統(tǒng)包括主存貯器，至少一個標量寄存器，許多向量寄存器，每個向量寄存器具有許多數(shù)據(jù)向量成分的存貯單元，響應第一種指令而對至少一向量寄存器中的至少一組向量成分進行預定操作的功能設備，用來存貯在每個向量寄存器中所要用存貯單元的MVL數(shù)(一種正整數(shù))的第一存貯設備，控制設備就隨著第二種指令而把第一存貯設備的內容傳遞到標量寄存器或上述主存貯器。本向量處理系統(tǒng)能取定所要用的向量寄存器的存貯單元號數(shù)。
文檔編號G06F9/06GK85106496SQ85106496
公開日1987年4月29日 申請日期1985年8月29日
發(fā)明者渡邊貞 申請人:日本電氣株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan