CN1111297C - 指令控制排序方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种指令控制排序方法及其装置，该装置包括操作排序控制指令接收部件，格式译码部件，排序标识部件，排序重组部件和输出部件。通过该指令控制排序方法及装置，可以将数据相关的操作设计在一条操作排序控制指令中，从而减少了指令空间的占用，既减少了对指令高速缓存的需求，又减少了取指周期，从而，在减小电路的规模的同时提高了机器的执行效率。

Description

指令控制排序方法及其装置

本发明涉及计算机体系结构、计算机指令体系及其译码控制领域，特别涉及一种实现指令控制排序的方法及其装置。

当今的计算机系统在使用指令编程进行程序设计时，对数据相关的操作问题通常采用的办法是利用优化编译器将数据相关的操作问题转化为顺序程序流，以多条指令实现的方法来判断解决。这种方法的本质是通过软件或编写程序的过程来实现对数据相关操作的处理，由此增加了系统软件的开销、优化编译器设计的复杂度；增加实现数据相关操作问题的程序量，降低了计算机硬件的执行效率。

另一种方法是在硬件系统中对数据相关的操作问题采取了预测技术、乱序技术和微码技术等加以控制和处理。由此产生电路规模增大，译码技术复杂，译码延时长。如《POWER PC概念、体系结构于设计》第20页(周长春等译电子工业出版社)所描述的那样，RSIC体系译码电路占总规模的10％，CISC体系译码电路占总电路规模的50％以上。

在计算机系统的基本操作类型中相关操作是串行操作过程的根本原因，是构成冯·诺伊曼体系结构指令执行瓶颈的关键问题之一。传统的计算机体系结构由于体系结构及其设计方法的约束，使优化编译器的设计还不能将相关操作问题简化处理，即将宏观的串行操作问题转变为宏观的并行操作问题；而利用硬件技术解决相关操作问题的方法也因其复杂度和规模而受到业界人士的质疑。由此从根本上解决串行的数据相关操作问题就必须从冯·诺伊曼体系结构设计思想、方法、理论方面出发，然而这是业界同仁一致认为的难题之一，因此数据相关的串行操作问题成为增加硬、软件系统开销，降低硬、软件执行效率的关键问题。

本发明提供了一种操作排序控制指令编码技术及其译码控制装置，利用该操作排序控制指令编码技术、及其译码控制装置可将数据相关的串行操作过程在指令级转变为并行操作过程，从而达到使数据相关的操作形成一条指令，减少程序的空间开销，简化程序设计的目的。

本发明揭示了一种以简单的硬件电路直接支持操作排序控制指令体系对数据相关操作的顺序进行重新标识排序的控制装置及其方法，利用该控制装置及其方法使硬件复杂度大大降低，从而达到减少电路规模、减少译码控制时间，提高执行效率的目的。

本发明还发现了一种将串行的数据相关操作经操作排序控制指令体系的标识、控制形成具有更高语义层次和简单语用语法关系的宏观并行操作关系方法，即利用操作排序控制指令来控制编码实现串行操作的并行排序和重组，从而达到简化编译器设计、精简程序指令代码、缩小人机语义指令间隙的目的。

一种指令控制排序的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)一个指令编码步骤，用于构造一种操作排序控制指令的指令编码，使所述操作排序控制指令编码包括：指令格式控制域编码、指令段格式控制域编码、指令排序控制域编码或指令段排序域控制编码、和多个指令段，每个指令段编码是在指令格式控制域编码和指令段格式控制域编码约束下对应于功能部件的操作域编码；

2)一个接收步骤，接收所述操作排序控制指令编码；

3)一个格式译码步骤，用于对所述操作排序控制指令中的指令格式控制域编码和指令段格式控制域编码译码，并从该操作排序控制指令中剥离出各个操作域编码、及指令排序控制域编码或指令段排序控制域编码；

4)一个排序编码标识步骤，用于根据所述指令排序控制域编码或指令段排序控制域编码将被排序的操作域编码存贮在操作域排序编码队列中、并控制该操作域排序编码时序标识；

5)一个排序重组步骤，用于针对各个操作域将存贮在操作域排序编码队列中的排序编码与从外部输入的同一操作域的编码实行排序重组，产生各个操作域的编码及其使能信号；

6)一个输出步骤，用于输出经排序重组的各个操作域的编码及其使能信号。

一种指令控制排序装置，可响应多位操作排序控制指令外部存贮方式，可响应多位内部操作排序控制指令寄存器存贮方式，使该操作排序控制指令作用于排序控制装置，对数据相关操作、串行操作关系进行排序和重组，在单个多位操作排序控制指令控制装置中实现多级串行操作、多级数据相关操作的顺序控制和并行控制，其特征在于包括以下部件：

1)配合指令控制排序装置的操作排序控制指令存贮器、寄存器的指令和数据输入方式，一个用于接受操作排序控制指令的操作排序控制指令接收部件；

2)配合所述操作排序控制指令接收部件的一个格式译码部件，用于对操作排序控制指令中的指令格式控制域编码、指令段格式控制域编码进行译码，并从操作排序控制指令中剥离操作域编码和指令排序控制域或指令段排序控制域的编码；

3)配合所述格式译码部件的用于实现被排序的操作编码暂存和排序执行的一个排序标识部件；

4)配合所述排序标识部件的一个排序重组部件，用于将各个操作域的暂存在排序标识部件中的操作编码与外来指令中的同一操作域的操作编码进行重新排序，产生该操作域的操作编码及该操作域的使能信号；

5)一个用于输出各个操作域的操作编码及其使能信号的输出部件。

本发明的一个优点是可以将数据相关的操作设计在一条操作排序控制指令中，减少了指令空间的占用，一方面减少了对于指令高速缓存的需求量，另一方面减少了取指周期，提高了机器的执行效率。

本发明的另一个优点是操作排序控制指令体系在排序控制编码和格式编码的作用下操作编码可以直接实现对执行部件的控制，减少了译码延时。

本发明的另一个优点是使译码电路减少到整体电路规模的5％以下，同时降低了译码电路的复杂程度，从而缩短设计周期。

本发明的另一个优点是经操作排序控制指令体系的控制排序，使数据相关的串行操作与其它操作并行执行，形成高层语义关系，有效地化简编译器的设计，精简程序规模，为应用人员提供了灵活的语法、语用环境，同时提高了整个系统程序执行效率。

图1a是本发明的实现排序的4个指令段的第一种操作排序控制指令格式示意图；

图1b是本发明的实现排序的4个指令段的第二种操作排序控制指令格式示意图；

图2是本发明的实现排序的指令控制排序装置的总体结构图；

图3是本发明的实现排序的操作排序控制指令接收部件结构图；

图4a是本发明的实现排序的配合图1a的第一种操作排序控制指令格式的格式译码部件结构图；

图4b是本发明的实现排序的配合图1b的第二种操作排序控制指令格式的格式译码部件结构图；

图4c是本发明的实现排序的指令段格式控制域译码部件结构图；

图4d是本发明的实现排序的操作域剥离部件结构图；

图4e是本发明的实现排序的操作域使能部件结构图；

图4f是本发明的实现排序的指令段排序控制域剥离部件结构图；

图5a是本发明的实现排序的配合图1a的第一种操作排序控制指令格式的排序标识部件结构图；

图5b是本发明的实现排序的配合图1b的第二种操作排序控制指令格式的排序标识部件结构图；

图5c是本发明的实现排序的操作域排序编码队列结构图；

图5d是本发明的实现排序的操作域排序编码时序标识结构图；

图5e是本发明的实现排序的配合图1a的第一种操作排序控制指令格式的指令段排序控制域转换部件结构图；

图5f是本发明的实现排序的配合图1b的第二种操作排序控制指令格式的指令排序控制域转换部件结构图；

图6a是本发明的实现排序的排序重组部件结构图；

图6b是本发明的实现排序的排序重组控制部件结构图；

图6c是本发明的实现排序的排序重组选通部件结构图；

图7是本发明的实现排序的流程图；

图8a是本发明的实现排序的配合图1a的第一种指令格式的指令执行时序图；以及

图8b是本发明的实现排序的配合图1b的第二种指令格式的指令执行时序图。

本发明的实现基于一种操作排序控制指令。图1a、图1b给出了两种操作排序控制指令格式。图1a表示的操作排序控制指令格式包括：

1)指令格式控制域11：每个指令格式中只有一个指令格式控制域11，用于定义操作排序控制指令的构成，即所包含的指令段数、每个指令段、及其指令段格式控制域、指令段排序控制域的宽度与位置；

2)指令段格式控制域12：每个指令格式中有若干个指令段格式控制域12，用于标识对应的指令段的编码所作用的功能部件，指令段格式控制域12的宽度决定了对应的指令段可以替换控制的功能部件的个数；

3)指令段13：每个指令格式中有若干个指令段13，其数目与指令段格式控制域12的个数相同，用于实现对功能部件的控制。配合指令段格式控制域12的编码，指令段13对应于不同的功能部件，即成为实现不同操作的操作域。

4)指令段排序控制域14：每个指令格式中有若干个指令段排序控制域14，其数目与指令段格式控制域12的个数相同，用于标识对应指令段13配合指令段格式控制域12编码的操作域的执行时刻，指令段排序控制域14可以缺省，缺省时对应指令段13配合指令段格式控制域12编码的操作域在当周期执行。

运用图1a所述的操作排序控制指令格式设计一个排序操作控制指令编码的步骤如下：

1)根据操作排序控制指令所要实现的功能，设计操作流程，选择功能部件，并以控制这些功能部件的操作域作为实现该操作排序控制指令的所有操作域。

2)根据操作排序控制指令所要实现的功能，对所述选定的操作域，在其编码表中选择对应于该操作排序控制指令功能所需操作的编码作为该操作排序控制指令中该操作域的编码。

3)以在指令段13中可替换出现的所有操作域的编码宽度的最大值作为指令段13宽度，以所述选定的各个操作域的编码作为指令段13的编码；

4)对所述选定的操作域以排列在前面执行的所有操作域的执行延时之和作为操作域所在指令段13的指令段排序控制域14的编码。

5)对指令段13中可以替换出现的操作域的个数进行编码，并以该编码宽度作为指令段格式控制域12的宽度。

6)对于所述指令段13任意给出可以替换出现的操作域的顺序，并以所述选定操作域的顺序号作为指令段格式控制域12编码。

7)对整个指令系统允许的指令段划分方式的数量进行编码，并以该编码宽度作为指令格式控制域11的宽度。

8)任意给出所述整个指令系统允许的指令段划分方式的排列顺序，并以实现该操作排序控制指令的指令段划分方式对应的编码作为指令格式控制域11编码。

图1b表示的是另一种实现操作排序控制指令的指令格式。与图1a所示指令格式的最大区别在于在指令格式中没有分别控制各个指令段13的指令段排序控制域14，而是通过一个指令排序控制域15对操作排序控制指令中各个指令段13在指令段格式控制域12约束下对应的操作域的执行时刻。

实现操作排序控制指令的指令格式中可以包含任意多个指令段13。图1a、图1b只是实现操作排序控制指令的指令格式的一个示例。

图2是指令控制排序装置的总体结构图。包括：操作排序控制指令接收部件21，格式译码部件22，排序标识部件23，排序重组部件24，输出部件25。其中，操作排序控制指令接收部件21以存贮方式接收来自存贮器的操作排序控制指令，或以寄存器方式接收来自于内部寄存器堆的操作排序控制指令，并形成可供译码执行的满足所述操作排序控制指令格式的指令编码；格式译码部件22接收来自操作排序控制指令接收部件21的操作排序控制指令编码，经过与上述操作排序控制指令格式配合的格式译码，剥离出指令中包含的操作域、排序控制域，并形成所有操作域的使能信号；排序标识部件23接收来自格式译码部件22的操作域、其使能信号、所有排序控制域、以及指令格式控制域11译码结果和指令段格式控制域12译码结果，形成排序操作编码队列、排序控制状态信号，以及配合所接收的操作排序控制指令的各个操作域的延时执行周期数；排序重组部件24从排序标识部件23接收排序编码、排序控制状态信号、以及配合所接收的操作排序控制指令的各个操作域的延时执行周期数，形成该操作域的编码及其排序执行使能信号；输出部件25从排序重组部件24接收操作域的编码及其排序执行使能信号作为指令控制排序装置的最终输出。

图3是指令控制排序装置的操作排序控制指令接收部件21的结构图。包括：指令拼装标识寄存器30、指令拼装部件31和指令寄存器32。指令拼装标识寄存器30是一个可设置的状态寄存器，表示操作排序控制指令的来源。指令拼装部件31是一个选通器，它以存贮方式从一个外部存贮器接收操作排序控制指令，以寄存器方式从一个内部寄存器堆接收操作排序控制指令，在预先设定的指令拼装标识寄存器30状态的控制下选择其中一路构成实际执行的操作排序控制指令，装载到指令寄存器32中。

图4a是配合图1a所述操作排序控制指令格式的格式译码部件22结构图。格式译码部件22接收操作排序控制指令接收部件21输出的操作排序控制指令，剥离出操作域、指令段排序控制域14，并产生所有操作域的使能信号。包括：指令格式控制域译码部件41，指令段格式控制域译码部件42，操作域剥离部件43，指令段排序控制域剥离部件44，操作域使能部件45。指令格式控制域译码部件41是一个译码器，接收操作排序控制指令中的指令格式控制域11，产生指令格式控制域11的译码信号，指令格式控制域译码部件41的结构由指令格式控制域11的宽度确定(如：2-4译码器、3-8译码器等)；指令段格式控制域译码部件42接收操作排序控制指令中的各个指令段格式控制域12，产生指令段格式控制域12的译码信号；操作域剥离部件43在指令格式控制域译码部件41、指令段格式控制域译码部件42的译码结果控制下，从操作排序控制指令中剥离各个操作域；指令段排序控制域剥离部件44在指令格式控制域译码部件41、指令段格式控制域译码部件42的译码结果控制下，从操作排序控制指令中剥离各个指令段排序控制域14；操作域使能部件45接收指令格式控制域译码部件41、指令段格式控制域译码部件42输出的结果，产生各个操作域在所接收的操作排序控制指令中是否使能的信号。

图4b是配合图1b所述操作排序控制指令格式的格式译码部件22结构图。与图4a的不同之处在于没有指令段排序控制域剥离部件44，而增加了指令排序控制域剥离部件46。排序控制域剥离部件46是一个选通部件，在指令格式控制域译码部件41输出结果控制下，从所接收的操作排序控制指令中剥离指令排序控制域。

图4c是配合所述各种操作排序控制指令格式的指令段格式控制域译码部件42结构图。指令段格式控制域译码部件42由配合操作排序控制指令中指令段格式控制域12的一组指令段格式控制域译码器47组成，每个指令段格式控制域译码器47接收一个指令段格式控制域12，产生该指令段格式控制域12译码信号，每个指令段格式控制域译码器47的的结构由其接收的指令段格式控制域12的宽度确定(如：2-4译码器、3-8译码器)。

图4d是配合所述各种操作排序控制指令格式的操作域剥离部件43。操作域剥离部件43由配合各个指令段13所有可替换控制的功能部件的操作域的一组操作域剥离选通器48组成，每个操作域剥离选通器48接收一个操作域在各种操作排序控制指令格式中的能够替换出现的所有指令段13，在指令格式控制域译码部件41和指令段格式控制域译码部件42输出结果的编码组合控制下，从所接收的操作排序控制指令中剥离出该操作域。

图4e是配合所述各种操作排序控制指令格式的操作域使能部件45。操作域使能部件45由配合操作排序控制指令中允许出现的操作域的一组操作域使能逻辑49组成，每个操作域使能逻辑49接收指令格式控制域译码部件41和指令段格式控制域译码部件42的该操作域对应的译码结果，应逻辑组合，产生该操作域配合所接收的操作排序控制指令的操作域使能信号。

图4f是配合所述第一种操作排序控制指令格式的指令段排序控制域剥离部件44。指令段排序控制域剥离部件44由配合操作排序控制指令中各个指令段排序控制域14的一组排序控制域选通器410组成，每个排序控制域选通器410接收一个指令段排序控制域14在各种操作排序控制指令格式中的所有可能的出现，在指令格式控制域译码部件41和指令段格式控制域译码部件42输出结果的编码组合控制下，从所接收的操作排序控制指令中剥离指令段排序控制域14。

图5a是配合图1a所述操作排序控制指令格式的排序标识部件23结构图。配合图1a所述操作排序控制指令格式的排序标识部件23接收来自格式译码部件22的各个操作域及其使能信号、并接收来自格式译码部件22的指令格式控制域11译码结果和指令段格式控制域12译码结果，产生各个操作域的排序编码队列、排序编码时序控制信号、以及配合所接收的操作排序控制指令的各个操作域的延时执行周期数。配合图1a所述操作排序控制指令格式的排序标识部件23包括：一个指令段排序控制域转换部件50，一组操作域排序编码队列51，一组操作域排序编码时序标识52。指令段排序控制域转换部件50用于接收来自格式译码部件22的各个指令段排序控制域14、指令格式控制域11译码结果和指令段格式控制域12译码结果，产生各个操作域延时执行周期数；一个操作域排序编码队列51从格式译码部件22接收一个操作域及其使能信号，从指令段排序控制域转换部件50接收该操作域的延时执行周期数，从该操作域排序编码时序标识52中接收该操作域排序编码队列51中各个排序编码的延时执行周期数，按照执行时间的先后顺序将所接收的操作域编码插入在该操作域的排序编码队列51中的适当位置，即：在其之前的该操作域排序编码是需要先行执行的编码，而在其之后的该操作域排序编码是需要后置执行的编码；一个操作域的操作域排序编码时序标识52从格式译码部件22接收一个操作域的使能信号，同时从指令段排序控制域转换部件50接收该操作域的延时执行周期数，按照执行时间的先后顺序将所接收的操作域的延时周期数作为延时执行周期数初始值存入该操作域的操作域排序编码时序标识52中的一个排序计数器55中，该计数器是配合上述选定的在该操作域的排序编码队列51中的插入位置的排序计数器55。

图5b是配合图1b所述操作排序控制指令格式的排序标识部件23结构图。配合图1b所述操作排序控制指令格式的排序标识部件23接收来自格式译码部件22的各个操作域及其使能信号、接收来自格式译码部件22的指令排序控制域15、指令格式控制域11译码结果和各个指令段格式控制域12译码结果，产生各个操作域的排序编码队列、排序编码时序控制信号、以及配合所接收的操作排序控制指令的各个操作域的延时执行周期数。配合图1b所述操作排序控制指令格式的排序标识部件23包括：一个指令排序控制域转换部件53，一组操作域排序编码队列51，一组操作域排序编码时序标识52。指令排序控制域转换部件53用于接收来自格式译码部件22的指令排序控制域15、指令格式控制域11译码结果和指令段格式控制域12译码结果，产生各个操作域延时执行周期数；一个操作域排序编码队列51从格式译码部件22接收一个操作域及其使能信号，从指令排序控制域转换部件53接收该操作域的延时执行周期数，从该操作域排序编码时序标识52中接收该操作域排序编码队列51中各个排序编码的延时执行周期数，按照执行时间的先后顺序将所接收的操作域编码插入在该操作域的排序编码队列51中的适当位置，即：在其之前的该操作域排序编码是需要先行执行的编码，而在其之后的该操作域排序编码是需要后置执行的编码；一个操作域的操作域排序编码时序标识52从格式译码部件22接收一个操作域的使能信号，同时从指令排序控制域转换部件53接收该操作域的延时执行周期数，按照执行时间的先后顺序将所接收的操作域的延时周期数作为延时执行周期数初始值存入该操作域的操作域排序编码时序标识52中的一个排序计数器55中，该计数器是配合上述选定的在该操作域的排序编码队列51中的插入位置的排序计数器55。

图5c是一个操作域的操作域排序编码队列51结构图。一个操作域排序编码队列51由一组可以控制的排序队列锁存器54组成，与操作域排序编码时序标识52中的排序计数器55一一对应，用于存贮该操作域排序执行的编码。对于一个使能的操作域，其操作域排序编码队列51的排序队列锁存器54的控制方法是：当输入的排序执行编码的延时执行周期数大于等于本排序队列锁存器54对应的排序计数器55中的数值时，本排序队列锁存器54保持；当输入的排序编码的延时执行周期数大于等于前一个排序队列锁存器54对应的排序计数器55中的数值、且小于本排序队列锁存器54对应的排序计数器55中的数值时，本排序队列锁存器54选择所述输入的排序编码设置；当输入的排序编码的延时执行周期数小于前一个排序队列锁存器54对应的排序计数器55中的数值、且小于本排序队列锁存器54对应的排序计数器55中的数值时，本排序队列锁存器54选择前一个排序队列锁存器54编码设置。一个操作域排序编码队列51中的各个排序队列锁存器54的设置同时进行。

图5d是一个操作域排序编码时序标识52结构图。一个操作域排序编码时序标识52由一组可以设置(SET)、减1(DEC)、和选通初始值的排序计数器55组成，用于记载该操作域的各个排序编码的延时执行周期数。对于一个使能的操作域，其操作域排序编码时序标识52中的排序计数器55的控制方法是：当输入的排序执行编码的延时执行周期数大于等于本排序计数器55中的数值，且排序计数器55不为0时，排序计数器55减1；当输入的排序编码的延时执行周期数大于等于前一个排序计数器55中的数值、且小于本排序计数器55中的数值时，本排序计数器55选择所述该操作域的输入延时执行周期数作为初始值设置本排序计数器55；当输入的排序编码的延时执行周期数小于前一个排序计数器55中的数值、且小于本排序计数器55中的数值时，本排序计数器55选择前一个排序计数器55的数值设置；其余情况排序计数器55保持不变。一个操作域排序编码时序标识52中的各个排序计数器55的减1或设置操作的设置同时进行。

图5e是配合图1a所述操作排序控制指令格式的指令段排序控制域转换部件50结构图。指令段排序控制域转换部件50由一组操作域第一延时时间选通部件57组成。一个操作域第一延时时间选通部件57接收来自格式译码部件22的各个指令段排序控制域14编码，在来自格式泽码部件22的指令格式控制域11译码结果和指令段格式控制域12译码结果的逻辑组合控制下，选择该操作域所在指令段13的指令段排序控制域14编码作为该操作域的延时执行周期数输出。

图5f是配合图1b所述操作排序控制指令格式的指令排序控制域转换部件53结构图。指令排序控制域转换部件53由一个操作序列延时标识寄存器58、和一组操作域第二延时时间选通部件59组成。操作序列延时标识寄存器58中寄存着指令排序控制域15编码与各个操作域编码延时执行周期数的对应关系。一个操作域第二延时时间选通部件59接收指令排序控制域15编码，在该编码控制下从操作序列延时标识寄存器58中选通与所接收的指令排序控制域15编码对应的该操作域的延时执行周期数作为结果输出。

图6a是排序重组部件24结构图。排序重组部件24接收来自格式译码部件22的各个操作域编码及其使能信号，接收来自排序标识部件23的各个操作域的由先行指令取入并排序的编码队列、排序编码执行时序控制信号、以及配合所接收的操作排序控制指令的各个操作域的延时执行周期数，产生各个操作域的操作编码及其使能信号。排序重组部件24包括一个排序重组控制部件61、一个排序重组选通部件62、和一个排序重组操作使能部件63。其中，排序重组控制部件61用于接收各个操作域的来自格式译码部件22的使能信号和来自排序标识部件23的操作域排序编码执行时序控制信号、以及配合所接收的操作排序控制指令的各个操作域的延时执行周期数，产生控制排序重组选通部件62的选通控制信号；排序重组选通部件62用于接收各个操作域的来自格式译码部件22的操作域编码和来自排序标识部件23的排序队列中的被排序执行的操作域编码，在排序重组控制部件61产生的选通控制信号的控制下产生各个操作域的当周期执行的编码；排序重组操作使能部件63接收排序重组控制部件61产生的选通控制信号，分别对每个操作域选通控制信号的各位进行逻辑组合，产生各个操作域的使能信号，操作域使能信号的产生逻辑为：对于一个操作域，当排序重组控制部件61产生的该操作域的选通控制信号中有1根有效时，操作域使能信号有效。

图6b是排序重组控制部件61结构图。排序重组控制部件61由一组选通控制信号生成逻辑64组成，一个选通控制信号生成逻辑64用于接收一个操作域的来自格式译码部件22的该操作域使能信号和来自排序标识部件23的该操作域的各个排序编码执行时序控制信号、以及配合所接收的操作排序控制指令的各个操作域的延时执行周期数，产生排序重组的选通控制信号。排序重组选通控制信号的产生逻辑为：对于任意一个操作域，若所接收的操作排序控制指令中该操作域使能、且其延时执行周期数为0，则选通来自格式译码部件22的该操作域编码的选通信号有效；否则，若来自该操作域的操作域排序编码时序标识52中第一个排序计数器55中的数值为0，则选通来自该操作域的操作域排序编码队列51的操作排序编码的选通信号有效；其余情况下，选通信号均无效。

图6c排序重组选通部件62结构图。排序重组选通部件62由一组排序重组选通器65组成，一个排序重组选通器65用于接收一个操作域的来自格式译码部件22的该操作域编码和来自排序标识部件23的该操作域排序编码队列51中的第一个排序编码，在排序重组控制部件61产生的该操作域的选通控制信号控制下产生该操作域的当周期执行的操作编码。

图7是配合所述操作排序控制指令格式和排序控制装置的指令控制排序的流程图。

步骤71接收操作排序控制指令编码。该步骤之前的步骤包括将所述格式的操作排序控制指令编码装载到外部存贮器或内部寄存器步骤、和装载指令拼装标识步骤；步骤71以存贮方式接收来自存贮器的操作排序控制指令编码，或以寄存器方式接收来自内部寄存器的操作排序控制指令编码，并根据指令拼装标识30选取其中一路指令构成控制排序装置的包括格式控制域编码、排序控制域编码、操作域编码的操作排序控制指令；

步骤72实现操作排序控制指令的格式译码，完成操作排序控制指令的指令格式控制域11和各个指令段格式控制域12的译码，在格式译码结果控制下剥离各个操作域的编码及各个操作域的使能信号，并剥离指令的排序控制域15编码或各个指令段的排序控制域14编码；

对每个操作域进行73以下的步骤；

步骤74依据步骤72产生的该操作域所在指令段的指令段排序控制域14编码或指令排序控制域15编码、和该操作域的使能信号判断该操作域编码是否需要立即执行，若不需立即执行，则转步骤75处理，否则交步骤76处理；

步骤75接收需排序执行的操作域编码和该操作域所在指令段13的指令段排序控制域14编码或指令排序控制域15编码，配合排序标识部件23的状态，将操作域的排序执行的编码存贮到该操作域的操作域排序编码队列51，并用延时执行周期数作为初始值设置相应的排序计数器55，步骤75还在每周期完成对所有操作域的排序编码执行时序控制信号的递减操作；

步骤76接收指令中需要立即执行的操作域编码和操作域排序编码队列51中的各个操作域的排序编码，根据格式译码步骤产生的该操作域的使能信号、该操作域的延时执行周期数、和该操作域的排序编码执行时序控制信号，从该操作域的各个编码中选择其一作为配合步骤71接收的操作排序控制指令和排序标识部件23中的该操作域的编码，并形成该操作域的使能信号，实现操作域的排序编码与接收的指令中该操作域编码的排序重组。

步骤77输出所有操作域的编码及其使能信号。

图8a是配合图1a的第一种操作排序控制指令格式的指令执行一个实例。例中，PC为指令计数器，INS为输入的操作排序控制指令；DAU为定点加法运算操作域，执行周期为1周期，FPAI为浮点转定点操作域，执行周期为2周期，FMUL为浮点乘法运算操作域，执行周期为3周期，MTNST为栈操作域，执行周期为1周期。所述例子中操作排序控制指令所要完成的功能为计算(X*Y)+A。X、Y为浮点数，寄存在MTNST控制的堆栈中，A为定点数，寄存在一个寄存器中。根据所述操作排序控制指令功能需求，该操作排序控制指令应当首先做X、Y的浮点乘，同时将两个操作出栈，再将浮点乘的结果转换成为定点数，转换结果与A做定点加。根据所述四个操作域的时序特征，采用第一种操作排序控制指令格式，即：利用指令格式控制域和4个指令段格式控制域的编码组合将DAU、FPAI、MTNST、FMUL排列在图8a所示的一条操作排序控制指令中，并通过各个指令段排序控制域标识各个操作的执行时刻；在T1周期，当所述操作排序控制指令接收部件21接收(IF)该操作排序控制指令后，格式译码部件22对指令格式控制域11和各个指令段格式控制域12译码(DE)，并在译码结果控制下从该指令中剥离出DAU、FPAI、MTNST、FMUL，并产生这4个操作域的使能信号，之后，格式译码部件22产生的各个操作域的编码和使能信号由排序标识部件23接收，在4个指令段排序控制域14的编码控制下，将其中的DAU、FPAI的编码分别存入该操作域的操作域排序编码队列51中，同时将第一、第四指令段排序控制域的编码作为初始值设置DAU、FPAI的操作域排序编码时序标识52(DAU的排序计数器55初始值为5，FPAI的排序计数器55初始值为3)，同时将FMUL、MTNST编码输出；T2周期执行(EX)操作域FMUL、MTNST的编码，控制相应的功能部件执行浮点乘和栈操作，同时DAU、FPAI的操作域排序编码时序标识52中的排序计数器55减1；T3周期FMUL控制相应的功能部件继续执行浮点乘，同时DAU、FPAI的操作域排序编码时序标识52中的排序计数器55减1；T4周期FMUL的编码控制相应的功能部件继续执行浮点乘，同时DAU、FPAI的操作域排序编码时序标识52中的排序计数器55减1；T5周期FPAI的排序计数器55的值已递减为0，因此FPAI排序编码队列51中的编码控制相应的功能部件执行浮点转定点操作，同时DAU的操作域排序编码时序标识52中的排序计数器55减1；T6周期FPAI的编码继续控制相应的功能部件执行浮点转定点操作，同时DAU的操作域排序编码时序标识52中的排序计数器55减1；T7周期DAU的排序计数器55的值已递减为0，因此DAU排序编码队列51中的编码控制相应的功能部件执行定点加操作。

图8b是配合图1b的第二种操作排序控制指令格式的指令执行另一个实例。例中中，PC为指令计数器，INS为输入的操作排序控制指令；各个操作域的定义同上，例中操作排序控制指令所要实现的功能、运行环境的定义同上；根据所述四个操作域的时序特征，采用第二种操作排序控制指令格式，即：利用指令格式控制域和4个指令段格式控制域的编码组合将DAU、FPAI、MTNST、FMUL排列在一条指令中，并通过指令排序控制域的编码标识出各个操作域的执行时刻，指令排序控制域为010时表示各个操作域的执行顺序为当周期执行FMUL、MTNST，第4周期执行FPAI，第6周期执行DAU；在T1周期，当所述操作排序控制指令接收部件21接收(IF)该操作排序控制指令后，格式译码部件22对指令格式控制域11和各个指令段格式控制域12译码(DE)，并在译码结果控制下从该操作排序控制指令中剥离出DAU、FPAI、MTNST、FMUL操作域，产生这4个操作域的使能信号，之后，格式译码部件22产生的操作域编码和使能信号由排序标识部件23接收，在指令排序控制域15的控制下，将其中的DAU、FPAI编码分别存入该操作域的操作域排序编码队列51中，同时将FMUL和FPAI的执行时间之和、FMUL执行时间分别作为初始值设置DAU、FPAI的排序编码时序标识52(DAU的排序计数器55初始值为5，FPAI的排序计数器55初始值为3)，同时将FMUL、MTNST编码输出；T2～T7周期的操作同上。

尽管以上结合附图所示例子描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，在后附权利要求书所提出的创新思想范围内，可以通过若干不同方式加以变换。

Claims (17)

1.一种指令控制排序的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)一个指令编码步骤，用于构造一种操作排序控制指令的指令编码，使所述操作排序控制指令编码包括：指令格式控制域(11)编码、指令段格式控制域(12)编码、指令排序控制域(15)编码或指令段排序控制域(14)编码和多个指令段(13)，每个所述指令段(13)编码是在所述指令格式控制域(11)编码和所述指令段格式控制域(12)编码约束下对应于功能部件的操作域编码；

2)一个接收步骤，接收所述操作排序控制指令编码；

3)一个格式译码步骤，用于对所述操作排序控制指令中的所述指令格式控制域(11)编码和所述指令段格式控制域(12)编码译码，并从该操作排序控制指令中剥离出各个操作域编码、及所述指令排序控制域(15)编码或所述指令段排序控制域(14)编码；

4)一个排序编码标识步骤，用于根据所述指令排序控制域(15)编码或所述指令段排序控制域(14)编码将被排序的操作域编码存贮在操作域排序编码队列中、并控制该操作域排序编码时序标识；

5)一个排序重组步骤，用于针对各个操作域将存贮在操作域排序编码队列中的排序编码与从外部输入的同一操作域的编码实行排序重组，产生各个操作域的编码及其使能信号；以及

6)一个输出步骤，用于输出经排序重组产生的各个操作域的编码及其使能信号。

2.如权利要求1所述的指令控制排序方法，其特征在于，设计操作排序控制指令的所述指令编码步骤包括以下步骤：

1)根据所述操作排序控制指令所要实现的功能，设计操作流程，选择功能部件，并以控制这些功能部件的操作域作为实现该操作排序控制指令的所有操作域；

2)根据所述操作排序控制指令的所完成功能要求，针对所述选定的操作域，分别在其操作域编码表中选择一个与所述操作排序控制指令的所完成功能要求相符的编码；

3)以在所述指令段(13)中可替换出现的所有操作域的编码宽度的最大值作为所述指令段(13)宽度，以所述选定的各个操作域的编码作为所述指令段(13)的编码；

4)根据所述实现该操作排序控制指令要求的的操作流程及各个操作域的执行时间特性排出各个操作域开始执行的时刻，并以各个操作域执行时刻的编码作为该操作域所在指令段的所述指令段排序控制域(14)编码；

5)将每个指令段上允许替换出现的操作域的个数的编码宽度作为该指令段的所述指令段格式控制域(12)编码宽度；

6)将各个指令段上允许替换出现的操作域接任意顺序排列，以所述选定的操作域的顺序号编码作为该指令段的所述指令段格式控制域(12)编码；

7)将整个指令系统允许的指令段划分模式的个数的编码宽度作为所述指令格式控制域(11)宽度；以及

8)将所述整个指令系统允许的指令段划分模式按任意顺序排列，以与所述指令段划分匹配的模式所对应的排列序号的编码作为所述指令格式控制域(11)的编码。

3.如权利要求1所述的指令控制排序方法，其特征在于，设计操作排序控制指令的所述编码步骤包括以下步骤：

1)根据所述操作排序控制指令所要实现的功能，设计操作流程，选择功能部件，并以控制这些功能部件的操作域作为实现该操作排序控制指令的所有操作域；

2)根据所述操作排序控制指令的所完成功能要求，针对所述选定的操作域，分别在其操作域编码表中选择一个与所述操作排序控制指令的所完成功能要求相符的编码；

3)以在所述指令段(13)中可替换出现的所有操作域的编码宽度的最大值作为所述指令段(13)宽度，以所述选定的各个操作域的编码作为所述指令段(13)的编码；

4)将整个指令系统中允许的操作排序模式的个数的编码宽度作为所述指令排序控制域(15)宽度；

5)将整个指令系统中允许的操作排序模式按照任意顺序排列，以对应于完成所述操作流程的操作排序模式对应的顺序号的编码作为所述排序控制域(15)的编码；

6)将每个指令段上允许替换出现的操作域的个数的编码宽度作为该指令段的所述指令段格式控制域(12)编码宽度；

7)将各个指令段上允许替换出现的操作域按任意顺序排列，以所述选定的操作域的顺序号编码作为该指令段的所述指令段格式控制域(12)编码；

8)将整个指令系统允许的指令段划分模式的个数的编码宽度作为所述指令格式控制域(11)宽度；以及

9)将所述整个指令系统允许的指令段划分模式按任意顺序排列，以与所述指令段划分匹配的模式所对应的排列序号的编码作为所述指令格式控制域(11)的编码。

4.如权利要求1所述的指令控制排序方法，其特征在于，所述操作排序控制指令的所述接收步骤还包括以下步骤：

1)将所述格式的操作排序控制指令装载到外部存贮器或内部寄存器；以及

2)将指令拼装标识编码装载到指令拼装标识寄存器。

5.如权利要求4所述的指令控制排序方法，其特征在于，所述操作排序控制指令的所述接收步骤是在指令拼装标识寄存器中的指令拼装标识编码的控制下以多位存贮器操作方式从外部存贮器接收多位操作排序控制指令编码。

6.如权利要求4所述的指令控制排序方法，其特征在于，所述操作排序控制指令的所述接收步骤是在所述指令拼装标识寄存器中的指令拼装标识编码的控制下以多位寄存器操作方式从内部寄存器接收多位操作排序控制指令编码。

7.如权利要求1所述的指令控制排序方法，其特征在于，所述格式译码步骤包括以下步骤：

1)对所述接收步骤接收的操作排序控制指令中的所述指令格式控制域(11)编码和所述指令段格式控制域(12)编码译码；

2)从所述接收步骤接收的操作排序控制指令的各个所述指令段(13)中剥离出各个操作域编码；

3)从所述接收步骤接收的操作排序控制指令中剥离出各个所述指令段排序控制域(14)编码；以及

4)产生各个功能部件对应的操作域的使能信号。

8.如权利要求1所述的指令控制排序方法，其特征在于，所述格式译码步骤包括以下步骤：

1)对所述接收步骤接收的操作排序控制指令中的所述指令格式控制域(11)编码和所述指令段格式控制域(12)编码译码；

2)从所述接收步骤接收的操作排序控制指令的各个所述指令段(13)中剥离出各个操作域编码；

3)从所述接收步骤接收的操作排序控制指令中剥离出所述指令排序控制域(15)编码；以及

4)产生各个功能部件对应的操作域的使能信号。

9.如权利要求1所述的指令控制排序方法，其特征在于，所述排序标识步骤包括以下步骤：

1)将由所述指令段排序控制域(14)或所述指令排序控制域(15)标识在当周期不执行的操作域的编码存贮在该操作域的排序编码队列中；

2)将由所述指令段排序控制域(14)的编码、或所述指令排序控制域(15)标识的该操作域的执行时刻编码作为初始值存入该操作域对应的操作域排序编码时序标识中；以及

3)当操作域排序编码时序标识不为0时，每周期将其衰减1。

10.如权利要求1所述的指令控制排序方法，其特征在于，所述排序重组步骤包括以下步骤：

1)接收所述格式译码步骤产生的各个操作域使能信号、和所述排序标识步骤产生的同一操作域的操作域排序编码时序标识信号，按照所述操作排序控制指令和操作域排序编码标识规定该操作域的各个操作域编码的执行顺序选择该操作域当周期执行的编码，以及

2)对于所有操作域，若在当周期动作，则将该操作域的使能信号置为有效。

11.一种指令控制排序装置，可响应多位操作排序控制指令外部存贮方式，可响应多位内部操作排序控制指令寄存器存贮方式，使该操作排序控制指令作用于排序控制装置，对数据相关操作、串行操作关系进行排序和重组，在单个多位操作排序控制指令控制装置中实现多级串行操作、多级数据相关操作的顺序控制和并行控制，其特征在于，所述指令控制排序装置包括以下部件：

1)配合所述指令控制排序装置的操作排序控制指令存贮器、寄存器的指令和数据输入方式，一个用于接受操作排序控制指令的操作排序控制指令接收部件(21)；

2)配合所述操作排序控制指令接收部件(21)的一个格式译码部件(22)，用于对操作排序控制指令中的所述指令格式控制域(11)编码、所述指令段格式控制域(12)编码进行译码，并从操作排序控制指令中剥离操作域编码和所述指令排序控制域(15)或所述指令段排序控制域(14)的编码；

3)配合所述格式译码部件(22)的用于实现被排序的操作编码暂存和排序执行的一个排序标识部件(23)；

4)配合所述排序标识部件(23)的一个排序重组部件(24)，用于将各个操作域的暂存在所述排序标识部件(23)中的操作编码与外来指令中的同一操作域的操作编码进行重新排序，产生该操作域的操作编码及该操作域的使能信号；以及

5)一个用于输出各个操作域的操作编码及其使能信号的输出部件(25)。

12.如权利要求11所述的指令控制排序装置，其特征在于，所述操作排序控制指令的操作排序控制指令接收部件(21)包括：

1)指令拼装标识寄存器(30)，用于存贮选通以存贮器操作方式接收的操作排序控制指令和以寄存器或锁存器操作方式接收的操作排序控制指令的的控制信号；

2)指令拼装部件(31)，用于选通所述以存贮器操作方式接收的操作排序控制指令和所述以寄存器或锁存器操作方式接收的操作排序控制指令的；以及

3)指令寄存器(32)，用于存贮所接收的指令。

13.如权利要求11所述的指令控制排序装置，其特征在于，所述格式译码部件(22)包括：

1)指令格式控制域译码部件(41)和指令段格式控制域译码部件(42)，分别用于对所述操作排序控制指令接收部件(21)接收的操作排序控制指令中的所述指令格式控制域(11)编码和所述指令段格式控制域(12)编码译码；

2)配合所述指令格式控制域译码部件(41)和所述指令段格式控制域译码部件(42)的操作域剥离部件(43)，用于从所述操作排序控制指令接收部件(21)接收的操作排序控制指令中剥离出各个操作域编码；

3)配合所述指令格式控制域译码部件(41)的指令段排序控制域剥离部件(44)，用于从所述操作排序控制指令接收部件(21)接收的操作排序控制指令中剥离出各个所述指令段排序控制域(14)编码；以及

4)配合所述指令格式控制域译码部件(41)和所述指令段格式控制域译码部件(42)的操作域使能部件(45)，用于产生各个操作域的使能信号。

14.如权利要求11所述的指令控制排序装置，其特征在于，所述格式译码部件(22)包括：

1)指令格式控制域译码部件(41)和指令段格式控制域译码部件(42)，分别用于对所述操作排序控制指令接收部件(21)接收的操作排序控制指令中的所述指令格式控制域(11)编码和所述指令段格式控制域(12)编码译码；

2)配合所述指令格式控制域译码部件(41)和所述指令段格式控制域译码部件(42)的操作域剥离部件(43)，用于从所述操作排序控制指令接收部件(21)接收的操作排序控制指令中剥离出各个操作域编码；

3)配合所述指令格式控制域译码部件(41)的指令排序控制域剥离部件(46)，用于从所述操作排序控制指令接收部件(21)接收的操作排序控制指令中剥离出所述指令排序控制域(15)编码；以及

4)配合所述指令格式控制域译码部件(41)和所述指令段格式控制域译码部件(42)的操作域使能部件(45)，用于产生各个操作域的使能信号。

15.如权利要求11所述的指令控制排序装置，其特征在于，所述排序标识部件(23)包括：

1)一个配合所述格式译码部件(22)的指令段排序控制域转换部件(50)，用于将各个所述指令段排序控制域(14)编码转换成为被剥离出来的操作域的延时执行周期数；

2)一组配合所述格式译码部件(22)和所述指令段排序控制域转换部件(50)的对应于各个操作域的操作域排序编码队列(51)，用于存贮被排序执行的操作域编码；以及

3)一组配合所述操作域排序编码队列(51)和所述指令段排序控制域转换部件(50)的操作域排序编码时序标识(52)，用于控制被排序的操作编码按照指令要求的顺序执行。

16.如权利要求11所述的指令控制排序装置，其特征在于，所述排序标识部件(23)包括：

1)一个配合所述格式译码部件(22)的指令排序控制域转换部件(53)，用于将所述指令排序控制域(15)编码转换成为被剥离出来的操作域的延时执行周期数；

2)一组配合所述格式译码部件(22)和所述指令排序控制域转换部件(53)的对应于各个操作域的操作域排序编码队列(51)，用于存贮被排序执行的操作域编码；以及

3)一组配合所述操作域排序编码队列(51)和所述指令排序控制域转换部件(53)的操作域排序编码时序标识(52)，用于控制被排序的操作编码按照指令要求的顺序执行。

17.如权利要求11所述的指令控制排序装置，其特征在于，所述排序重组部件(24)包括：

1)一个排序重组控制部件(61)，用于接收所述格式译码部件(22)产生的操作域使能信号，和所述排序标识部件(23)输出的同一操作域排序编码时序标识(52)的信号，按照各个操作域编码的执行时间顺序产生选通当周期执行操作编码的控制信号；

2)一个配合所述排序重组控制部件(61)的排序重组选通部件(62)，用于接收所述格式译码部件(22)剥离出的各个操作域的操作编码和所述排序标识部件(23)输出的同一操作域的操作编码，在所述排序重组控制部件(61)的输出的控制下选通该操作域的操作编码；以及

3)一个配合所述排序重组控制部件(61)的排序重组使能部件(63)，用于配合所述排序重组控制部件(61)产生各个操作域的使能信号。

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