基於已知的處理器狀態而選擇性地啟用內容可尋址存儲器重命名寄存器文件中的比較器...的製作方法

2023-07-09 02:23:21

專利名稱：基於已知的處理器狀態而選擇性地啟用內容可尋址存儲器重命名寄存器文件中的比較器 ...的製作方法
技術領域：
本發明大體上涉及用以減小處理器中的功率的技術，且更明確地說，涉及用於基於 已知的處理器狀態而選擇性地啟用內容可尋址存儲器(CAM)重命名寄存器文件中的比 較器的有利技術。
技術背景為了實現高性能的程序執行，處理器實施方案可使用以高時鐘速率並以短持續時間 管線級操作的管線。用於這類處理器的指令集架構還可指定待由執行單元使用的一組通 用寄存器作為數據源和結果目的地。每一指令4含位欄位作為指令編碼的一部分，所述 位欄位指定待用作源或目的地操作數的寄存器的地址。這些寄存器說明符被稱作指令寄 存器號(IRN)。依據處理器的操作狀態，可由執行單元使用的通用寄存器組可發生變化。 舉例來說，在特定操作模式中執行的程序可能被限制為使用僅可存取全部組通用寄存器 中的子集的指令。處理器還可支持在管線執行期間並在以編程次序完成指令之前無序地 執行指令。為了支持較深管線無序執行，處理器可實施比可由處理器的指令集架構支持 的物理寄存器數目更大數目的物理寄存器。通常將通過使用物理寄存器號(PRN)地址 來存取寄存器文件中實施的物理寄存器。但對於直接使用PRN地址的指令來說存在困難。 舉例來說，可用64個物理寄存器的PRN地址空間來實施支持IRN地址空間為16個寄存 器的指令集架構的處理器。為了解決IRN地址空間與PRN地址空間之間的這種差異，處 理器可使用重命名硬體來將指令中含有的IRN地址映射到物理寄存器號(PRN)地址。 可通過使用具有標記、標記比較器和數據陣列的內容可尋址存儲器(CAM)來完成這種 映射。重命名硬體可將IRN地址用作標記，以用於CAM數據陣列中存儲的物理寄存器。使用CAM用於此類目的的問題在於， 一般CAM實施方案中的CAM標記比較器在 每次寄存器文件存取時都進行評估。對於高性能的實施方案，CAM比較器是動態設計， 且在它們預充電和放電時消耗功率。此外，由於寄存器文件通常是多埠結構，所以每 一埠上存在多個CAM比較器，從而進一步增加了功率汲取。
發明內容
在本發明的若干方面中，本發明認為需要一種提供受低功率內容可尋址存儲器 (CAM)控制的寄存器文件的技術。在一個方面，所述控制技術使用存儲在CAM中的 標記，所述標記是CAM的元件的地址，且所述標記在標記內具有描述處理器的操作狀態 的屬性。標記比較器將所述標記與由處理器產生的地址進行比較。操作狀態比較器將所 述屬性與處理器的當前操作狀態進行比較，以確定是啟用還是禁用所述標記比較器。另一方面提出一種在基於內容可尋址存儲器(CAM)的寄存器文件中選擇寄存器地 址比較器以將其禁用的方法。在這種方法中，基於結合基於CAM的寄存器文件利用的處 理器的狀態的知識，識別在給定存取時不可能匹配的寄存器地址比較器。識別出的寄存 器地址比較器經控制，以使得它們進入低功率狀態。如下文進一步詳細描述提出本發明 的其它方面。從以下具體實施方式
和附圖中將獲得對本發明的更完整理解，以及了解本發明的另 外的特徵和優點。

圖1是其中可有利地採用本發明的實施例的示範性無線通信系統的說明； 圖2是根據本發明的複合處理器的方框圖；圖3A是根據本發明用於在複合重命名寄存器文件中將指令寄存器號(IRN)映射到 物理寄存器號(PRN)的示範性設備的說明，所述複合重命名寄存器文件具有重命名寄 存器文件、映射單元、當前處理器狀態寄存器(CPSR)和執行單元；圖3B是根據本發明用於在具有多個埠地址的複合重命名寄存器文件中將IRN映 射到PRN的示範性設備的圖形說明，所述複合重命名寄存器文件具有重命名寄存器文件、 多個映射單元、CPSR和執行單元；圖4是根據本發明用於選擇性地啟用重命名寄存器文件中的內容可尋址存儲器 (CAM)標記比較器的過程的圖形說明；以及圖5是根據本發明用於在複合重命名寄存器文件中將指令寄存器號(IRN)映射到物 理寄存器號(PRN)的另一示範性設備的圖形說明，所述複合重命名寄存器文件具有重 命名寄存器文件(標記中具有有效位和最近使用的位)、映射單元、CPSR和執行單元。
具體實施方式
現將參看附圖更充分地描述本發明，附圖中展示本發明的若干實施例。然而，本發 明可以各種形式體現，且不應理解為限於本文陳述的實施例。事實上，提供這些實施例 以使得本揭示案將詳盡且完整，且將向所屬領域的技術人員充分傳達本發明的範圍。
根據本發明的教示，可用高級程式語言(例如，C、 C++、 JAVA 、 Smalltalk、 JavaScript 、 Visual Basic 、 TSQL、 Perl)或用各種其它程式語言來初始編寫用於操作 或用於實行操作的電腦程式代碼或"程序代碼"。用這些語言中的一者編寫的程序被 編譯到目標處理器架構。也可用本機彙編語言直接編寫用於目標處理器架構的程序。本 機彙編程序使用機器層二進位指令的指令記憶表示形式。本文所使用的程序代碼或計算 機可讀媒體是指格式可由處理器理解的機器語言代碼，例如目標代碼。圖l展示其中可有利地採用本發明的實施例的示範性無線通信系統100。出於說明 的目的，圖1展示三個遠程單元120、 130和150，以及兩個基站140。將認識到，典型 的無線通信系統可具有更多的遠程單元和基站。遠程單元120、 130和150分別包含硬體 組件125A、 125B和125C,其根據本發明執行程序代碼。圖1展示從基站140到遠程單 元120、 130和150的前向鏈路信號180，以及從遠程單元120、 130和150到基站140 的逆向鏈路信號190。圖1中，在羌線本地環路系統中，遠程單元120展示為行動電話、遠程單元130展 示為可攜式計算機，且遠程單元150展示為固定位置遠程單元。舉例來說，所述遠程單 元可為手持式個人通信系統(PCS)單元、例如個人數據助理的可攜式數據單元，或例 如儀表讀數設備的固定位置數據單元。儘管圖1說明根據本發明的教示的遠程單元，但 本發明不限於所說明的這些示範性單元。本發明可適當地用於使用具有基於CAM的重命 名寄存器文件和指令集架構的管線處理器的任何硬體組件中，所述指令集架構依據處理 器的操作模式來限制操作數寄存器地址空間。圖2展示其中可採用本發明的實施例的複合處理器200的方框圖。複合處理器200 可適當地用於硬體組件125A-C中以用於執行程序代碼。複合處理器200包含管線處理器 210、層l (Ll)數據高速緩衝存儲器212、 Ll指令高速緩衝存儲器(Icache) 214、層2 指令和數據高速緩衝存儲器(L2高速緩衝存儲器)216，和系統存儲器接口 218。為了清 晰地論述本發明，未展示可連接到複合處理器的外圍裝置。處理器210直接耦合到來自 層級存儲器組織的Ll數據高速緩衝存儲器212和Ll Icache 214，處理器210分別從所述 Ll數據高速緩衝存儲器212和Ll Icache 214檢索數據和指令。處理器的指令集架構可具有32位指令格式，其具有4位寄存器操作數地址欄位(本 文中稱為指令寄存器號(IRN)欄位)，所述4位寄存器操作數地址欄位的每一4位IRN 識別多達十六個寄存器。指令集架構可進一步界定其中指令的4位IRN涉及不同的寄存 器的操作模式。舉例來說，IRN 8-14可根據處理器的操作模式而涉及不同的寄存器。由的過程中的此種變化形式，處理器中所需的寄存器的數目大於4位 IRN將會指示的寄存器的數目。舉例來說，在處理器的各種操作模式中，可能必須要寄 存器文件中的32個寄存器來支持可由指令的4位IRN欄位尋址的所有寄存器。同一處理 器還可支持使用3位IRN的指令格式，例如以16位指令格式。因為3位和4位IRN不 足以指定實例處理器210可承擔的所有可用的32個寄存器，所以在映射功能222中使用 處理器的操作模式220的編碼，以將IRN變換為5位邏輯寄存器號(LRN)。 5位LRN 允許在寄存器文件中尋址所述架構的界定組的寄存器。 一般來說，映射功能222並非將 操作模式位與IRN簡單地串接，因為IRN空間的子集可映射到不同的寄存器。舉例來說， 處理器的架構可依據操作模式而指定IRNR14以映射到多個不同的寄存器。在典型使用中，可預期處理器210在一般用戶模式中主要執行用戶的應用程式代碼。 較不頻繁的情況是，處理器210在不同的操作模式(例如，監督模式或其它模式)中執 行代碼(例如)以處置中斷或異常。為頻繁使用的用戶模式提供有效支持對於減少功率 的操作是有利的。出於高效原'因，處理器210的用戶模式對具有映射到0-15範圍內的LRN 的IRN的寄存器指定寄存器空間的受限使用。其它操作模式(換句話說，非用戶模式) 利用LRN範圍為0-31內的寄存器。因此，當處理器210處於用戶模式中時不存取LRN 範圍為16-31內的寄存器。 一般將IRN映射到LRN需要了解處理器的操作模式，其可由 當前處理器狀態寄存器(CPSR) 230的位欄位編碼220界定。舉例來說，通過使用CPSR 230將操作數地址信號224上提供的4位IRN適當地變換為5位LRN以作為讀取埠地 址輸出226。將認識到，雖然在特定情形中描述了本發明，但本發明將適用於其它操作 模式和不同於特定描述的寄存器分配方案的寄存器分配方案。在管線處理器(例如，處理器210)中，所實施的物理寄存器的數目大於指令集架 構所支持的數目。在處理器210中具有大量物理寄存器的一個結果是，可在唯一物理寄 存器中同時保持同一指令指定的寄存器的多個值。通過這種方法，可解決指令之間的許 多數據相依性，從而在不需要停止管線的情況下打破了循序執行的障礙，且進而改進了 性能。處理器210由指令對準單元232、解碼單元234、重命名寄存器文件238、當前處理 器狀態寄存器(CPSR) 230和多個執行單元(出於清晰說明起見，僅展示單個執行單元 244)組成。在指令對準單元232中經由接口 240從存儲器層級接收指令。在適當地對準 指令之後，在解碼單元234中對其進行解碼。解碼操作利用控制信號242來向執行單元 244提供控制信息。利用操作數地址信號224來向映射單元222提供源和目標操作數IRN 地址。映射單元222基於當前的處理器狀態將每一操作數IRN地址映射到LRN。舉例來 說，對於32位指令，4位A3-A0操作數源IRN地址被轉換為5位A4-A0 LRN。類似地， 對於16位指令，如處理器的指令集架構所界定，3位IRN被轉換為由當前處理器狀態確 定的5位LRN。重命名寄存器文件238還從CPSR 230的CPSR輸出246接收當前處理 器狀態位。重命名寄存器文件238將LRN映射到物理寄存器號(PRN)。 PRN用於存取適當的 寄存器值，且在讀取輸出埠 250上輸出PRN寄存器中存儲的值。並且，當發出指令時， 在重命名寄存器文件238中標記結果寄存器。在指令執行結束時(可能在許多執行管線 級之後)，由執行單元244產生的結果在輸出總線258上被發送到重命名寄存器文件238， 存儲在先前標記的結果PRN地址處。圖3A說明用於在複合重命名寄存器文件300中將指令寄存器號(IRN)映射到物理 寄存器號(PRN)的示範性實施例，所述複合重命名寄存器文件300具有重命名寄存器 文件238、映射單元301、 CPSR 240和執行單元244。重命名寄存器文件238含有CAM 物理寄存器文件(PRF) 302，和用於寄存器文件的單個讀取埠的CAM標記陣列304。 映射單元301基於CPSR狀態307將埠 A IRN輸入305上提供的IRN映射到LRN輸出 306上的LRN。 CAM PRF 302所保持的寄存器的數目大於處理器的架構所指定的數目， 例如64個寄存器，每一者可由PRN308尋址。CAM標記陣列保持64個標記(例如，標 記310)，和與每一標記相關聯的比較邏輯(例如，"或"門312)，以及比較邏輯314。 標記和標記比較邏輯一起被稱作標記功能316。在CAM標記陣列304中，每一標記(例 如，標記310)存儲5位LRN， A4-A0。在CAM PRF 302中，標記與寄存器(例如，寄 存器i318)相關聯。在典型的CAM中，用於所有標記的比較邏輯可操作以將傳入的地 址與所有標記進行比較，以確定傳入的地址與所存儲的標記之間是否匹配。在本發明的 有利的CAM標記陣列304中，基於處理器的操作狀態選擇性地啟用比較邏輯以用於比較。 如果未啟用標記比較邏輯，那麼其處於低功率狀態。解碼(例如圖2的解碼級234所執行的解碼)之後，將所產生的LRN輸出306輸入 到CAM標記陣列304。 CPSR240輸出非用戶模式(。)信號322，所述非用戶模式(tJ) 信號322也輸入到CAM標記陣列304。非用戶模式(0)信號322和5位操作數LRN輸 出306輸入到每一標記功能，例如標記功能316。在每一標記功能中，0信號322與存儲 在標記中的5位LRN的最高有效位的反轉值進行"或"運算。舉例來說，在標記功能316 中，0信號322和非A4 (^) 324輸入到"或"門312。 A3-A0位存儲在標記310的4
位地址區段330中。"或"門(例如，"或"門312)的用途是產生啟用每一標記功能中 的比較邏輯的信號。對於本實例的處理器210來說，如果處理器不在用戶模式中，那麼 每一標記功能中的所有比較邏輯均可操作。在標記功能316中，當處理器不在用戶模式中時，非用戶模式0信號322為1且"或" 門312的輸出為1，從而啟用比較器314。如果處理器在用戶模式中，那麼。信號322 將為O。如果標記地址A4的最高有效位為0，那麼非A4信號334將為1，且接著"或" 門312將輸出為1的啟用信號332，以啟用用於具有等於0的A4的LRN 0-15的比較邏 輯314。或者，如果處理器在用戶模式中，那麼O信號322將為0，且如果LRN標記地 址A4的最高有效位為1，那麼對於LRN 16-31，非A4信號334將為0，且接著"或" 門312將輸出為0的啟用信號332，從而使比較邏輯314處於低功率狀態。由以下等式給出啟用信號332邏輯函數^ v ^ = 332，其中符號v代表邏輯"或"運算。= ^0f,號332函數使用以下等式等,效於"與非"實施方案，^^Af^二 ^帶/f號332，其中符號，代表邏輯"非"運算，其反轉括號中的值，且符號八代表邏輯 "與"操作。依據比較邏輯實施方案，禁用信號可用作上述啟用信號332的替代形式。可通過用 "與"門取代"或"門312並提供A4信號作為一個輸入且提供用戶模式U信號作為第 二輸入而獲得禁用信號，如以下等式給出A^A[/=禁原^號。在此情況下，禁用信號 將僅在處理器在用戶模式中且標記LRN在16-31之間時有效。當啟用標記比較邏輯且在5位操作數LRN地址306與所存儲的LRN標記A4 324 A3-A0 330之間存在匹配時，認為已發生命中。由命中信號340邏輯上指示的命中情形 導致從CAM PRF 302存取與所匹配的標記相關聯的PRN寄存器318，且在讀取埠 344 上輸出作為對執行單元244的輸入。圖3B說明在具有多個埠地址305和355的複合重命名寄存器文件350中將IRN 映射到PRN，所述複合重命名寄存器文件350具有重命名寄存器文件358、多個映射單 元301和360、 CPSR 240和執行單元244。雖然在圖3B中僅展示重命名寄存器文件358 的兩個操作數讀取埠，但應了解，複合重命名寄存器文件350可經擴展以支持額外的 操作數讀取埠，例如處理器中的六個同步讀取埠。對於每一讀取埠，提供單獨的映射單元，例如將埠 A IRN 305映射到輸出306 上的LRN的映射單元301，和將埠 B IRN 355映射到輸出364上的LRN的映射單元 360。讀取埠 A (RPA) 368和讀取埠 B (RPB) 370是啟用信號，其用於標記功能啟 用邏輯"與"門372和374中以當不使用讀取埠時分別禁用比較器314和376。標記310將地址位A4 324和A3-A0 330供應給比較器314和376兩者。如果啟用信號RPA 368和RPB 370是有效的，從而指示將使用讀取埠 ，那麼使用^ v &=^^^, 號332依據最高有效位A4和CPSR操作模式U而啟用兩個比較器，從而向兩個比較器 提供與先前關於圖3A的複合重命名寄存器文件300所描述的相同的功率節約特徵。在每 一標記具有多個比較器的情況下，可能在許多算術運算中發生多個命中(例如，命中信 號340和380)，例如當進行乘法尺7*117以獲得1172時發生。在多個命中的情況下，同一 寄存器(例如，寄存器i318)輸出到多個埠，例如讀取埠 A344和讀取埠 B 384。 圖4說明根據本發明用於選擇性地啟用重命名寄存器文件中的內容可尋址存儲器(CAM)標記比較器的過程400。當發出指令且所述指令指定從重命名寄存器文件(例 如，重命名寄存器文件358)讀取源操作數IRN時，發生第一步驟405。在下一步驟410 中，依據由當前處理器狀態寄存器(CPSR)(例如，CPSR 240)提供的處理器的操作模 式，在映it單元(例如，映射單元301)中將IRN映射到LR'N。在步驟415中，通過使 用CAM標記陣列(例如，CAM標記陣列304)中的讀取埠啟用信號來選擇適當的讀 取埠 CAM標記功能(例如，標記功能316)。在步驟420 (其在所有選定的讀取埠標 記功能上並行發生)中，標記的最高有效位(msb)和來自CPSR的用戶模式(U)兩者 均被測試為有效，均為1。如果在標記功能中標記msb和用戶模式均有效，那麼在步驟 425中，標記功能禁用CAM標記比較器。在步驟430中，對於每一被禁用的CAM標記 比較器，標記功能停止，且被禁用的比較器維持在低功率狀態。如果步驟420中在標記功能中標記msb和用戶模式均不有效，那麼在步驟435中標 記功能禁用CAM標記比較器。在步驟440 (其在所有啟用的CAM標記比較器上並行發 生)中，比較器(例如，比較器314)將LRN與標記(例如，標記310)進行比較。如 果LRN不與標記匹配，那麼在步驟445中標記功能停止。如果LRN確實與標記匹配， 那麼發生命中(例如由命中信號340所指示)，且在步驟450中，從物理寄存器文件(PRF)(例如，CAMPRF 302)中讀出與標記相關聯的物理寄存器。經由讀取埠 (例如，讀 取埠 344)將讀出的寄存器值供應給適當的執行單元(例如，執行單元244)。圖5說明在複合重命名寄存器文件500中將指令寄存器號(IRN)映射到物理寄存器 號(PRN)的另一方面，所述複合重命名寄存器文件500具有重命名寄存器文件538 (標 記(例如，標記510)中具有有效位502和最近使用(MR)位504)、映射單元301、 CPSR 240和執行單元244。有效位502指示當有效位為0時與標記相關聯的PRN寄存器無效。
當有效位為0時，比較邏輯不被啟用且維持在低功率狀態。MR位504指示與標記相關 聯的PRN寄存器是否保持最近產生的值。當發出指定結果LRN的指令時，分配物理寄 存器條目以接收數據值，且用LRN寫入標記。當在管線中更遠處若干循環之後寫入結果 數據時，通過為所述條目設定MR位而將標記標繪為最近的。並且，為先前含有所述特 定LRN地址的最近的數據值的條目重設MR位504。如果對於特定條目，MR位504為 0，那麼不啟用用於所述條目的比較邏輯，且將比較邏輯保持在低功率狀態。
複合重命名寄存器文件500類似於圖3的複合重命名寄存器文件300，但添加了有 效位502、 MR位504和用於啟用比較邏輯的新的邏輯。新的邏輯在"或"門312與比較 邏輯314之間採用三輸入"與"門520。對"與"門520的一個輸入是MR位504，第二 輸入是有效位502，且第三輸入是"或"門輸出332。只要對"與"門520的三個輸入中 的至少一者是0，比較邏輯就保持在低功率狀態。為了啟用比較邏輯，數據值318必須 有效，V=l，最近數據MR-1，且"或"門312輸出必須為1,從而允許"與"門輸出 524為1,並啟用比鉸邏輯314。 '由於平均來說用戶模式是操作過程中最常使用的模式，且用戶模式將寄存器地址空 間限制為0-15，所以通常不啟用用於每一讀取埠的CAM標記陣列304中的64個比較 邏輯函數中的48個比較邏輯函數，且所述48個比較邏輯函數保持在低功率狀態。這與 不管處理器的操作模式如何每次存取時均利用所有64個比較邏輯函數的設計相比，提供 了 CAM標記陣列功率的顯著節約。
使用"或"門312的替代方法是在每一標記功能(例如，標記功能316)中實施模 式選擇(MS)鎖存器。可在處理器執行的每一模式改變時(其為相對不太頻繁的事件) 設定或重設MS鎖存器，且如此改變MS鎖存器的狀態會消耗一個循環或兩個循環，從 而需要遵守較小的模式改變等待時間。 一旦進入新的處理器模式，每一標記條目將評估 新的模式，並適當地設定或重設MS鎖存器。因而，如果因為僅可通過除當前處理器模 式以外的模式存取條目而導致條目不能匹配，那麼可使用MS鎖存器輸出將比較邏輯保 持在低功率狀態。雖然已在當前優選的情形下揭示了本發明，但將認識到，本發明教示可適於與本揭 示案和所附權利要求書一致的多種情形。舉例來說，在依據操作模式將寄存器文件的使用劃分為專門組的寄存器的替代架構 中，可使用多個重命名寄存器文件。可用兩個不同的操作模式來界定無序執行的深管線 處理器。舉例來說，可採用兩個操作模式(例如，用戶模式和監督模式)來處置系統、中斷和異常。在處理器實施方案中， 一個重命名寄存器文件可用於用戶模式，且一個重 命名寄存器文件可用於監督模式。對於這種替代架構，用戶模式支持指令集所指定的16 個寄存器。由於無序執行和較深管線的緣故，用戶模式重命名寄存器文件將需要額外的 寄存器(例如，16個額外的寄存器)以支持運行中的指令。在監督模式中，由於無序執 行和較深管線的緣故，監督模式重命名寄存器文件將支持單獨組的16個架構型寄存器， 且具有16個運行中的寄存器。將在用戶模式重命名寄存器文件中使用總共32個用戶模 式物理寄存器。將在監督模式重命名寄存器文件中使用總共32個監督模式物理寄存器。 在操作中，依據操作模式，僅一個重命名寄存器文件將有效，且另一重命名寄存器文件 將處於低功率狀態。所屬領域的一般技術人員將了解適合特定設計應用的其它此類修改 和調適。
權利要求
1.一種內容可尋址存儲器(CAM)控制設備，其包括標記，其存儲在所述CAM中，所述標記是所述CAM的元件的地址，且所述標記內的屬性描述處理器的操作狀態；標記比較器，其將所述標記與由所述處理器產生的地址進行比較；以及操作狀態比較器，其將所述屬性與所述處理器的當前操作狀態進行比較，藉此依據所述屬性與所述處理器的當前操作狀態的比較結果而啟用或禁用所述標記比較器。
2. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其中如果所述屬性與所述處理器的當前操 作狀態匹配，那麼禁用所述標記比較器。
3. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其中所述標記比較輝在被禁用時處於低功 率狀態。
4. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其中如果所述屬性與所述處理器的當前操 作狀態不匹配，那麼啟用所述標記比較器。
5. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其中當所述標記與由所述處理器產生的所 述地址匹配時，所述標記比較器在被啟用時產生命中指示。
6. 根據權利要求5所述的CAM控制設備，其進一步包括CAM物理寄存器文件，其保持多個物理寄存器進行操作，使得一旦出現命中指 示，選擇與所述匹配的標記相關聯的物理寄存器。
7. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其中所述屬性是所述標記的最高有效位。
8. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其中由存儲在當前處理器狀態寄存器中的 位指示所述處理器的當前操作狀態。
9. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其中由所述處理器產生的所述地址是邏輯 寄存器號(LRN)。
10. 根據權利要求9所述的CAM控制設備，其中通過依據所述處理器的當前操作狀態 將指令寄存器號(IRN)映射到所述LRN而獲得所述LRN。
11. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其進一步包括多個標記，其存儲在所述CAM中，且每一標記具有描述所述處理器的操作狀態 的屬性；標記比較器，其與每一標記相關聯；以及操作狀態比較器，其與每一標記相關聯，所述操作狀態比較器將每一標記中的所 述屬性與所述處理器的當前操作狀態進行比較，藉此依據所述標記中的所述屬性與 所述處理器的當前操作狀態的比較結果而啟用或禁用與每一標記相關聯的所述標 記比較器。
12. 根據權利要求1所述的CAM控制設備，其進一步包括多個存取埠；多個標記，其存儲在所述CAM中，且每一標記具有描述所述處理器的操作狀態 的屬性；標記比較器，其與每一標記相關聯且用於每一存取埠；以及 操作狀態比較器，其與每一標記相關聯，所述操作狀態比較器將每一標記中的所 述屬性與所述處理器的當前操作狀態進行比較，藉此依據所述標記中的所述屬性與 所述處理器的當前操作狀態的比較結果而啟用或禁用與每一標記相關聯且用於每 一存取埠的多個標記比較器。
13. —種用於在從寄存器文件中讀取寄存器時節約功率的設備，所述設備包括處理器，其用於讀取支持指令執行的操作數；物理寄存器文件(PRF)，其具有待由所述處理器讀取的操作數；標記陣列，標記具有與所述PRF中的操作數相關聯的地址，所述標記具有描述所述處理器的操作狀態的屬性；標記比較器陣列，每一標記比較器操作以將由所述處理器產生的操作數地址與標記進行比較，需要標記比較匹配來從所述PRF中讀取操作數；以及操作狀態比較器陣列，每一操作狀態比較器與標記相關聯，且操作以將所述屬性與所述處理器的當前操作狀態進行比較，並啟用或禁用所述相關聯的標記比較器，藉此基於所述屬性與所述處理器的當前操作狀態的比較而啟用少於所有所述標記比較器的標記比較器來用於比較。
14. 根據權利要求13所述的設備，其中所述屬性是所述標記的最高有效位。
15. 根據權利要求13所述的設備，其中所述標記進一步包括最近的位，標記中的所述 最近的位指示所述PRF中相關聯的操作數的狀態，且依據所比較的所述標記中的所 述最近的位而進一步啟用或禁用標記比較器。
16. 根據權利要求13所述的設備，其進一步包括多個存取埠；標記比較器陣列，其用於每一存取埠；以及操作狀態比較器陣列，每一操作狀態比較器與標記相關聯，且操作以將所述屬性 與所述處理器的當前操作狀態進行比較，且啟用或禁用用於每一存取埠的所述相 關聯的標記比較器，藉此基於所述屬性與所述處理器的當前操作狀態的比較而啟用 少於用於每一存取埠的所有所述標記比較器的標記比較器來用於比較。
17. —種在基於內容可尋址存儲器(CAM)的寄存器文件中選擇寄存器地址比較器以將 其禁用的方法，所述方法包括基於對將結合所述基於CAM的寄存器文件利用的處理器的狀態的了解，識別哪 些寄存器地址比較器在給定存取時不可能匹配；以及對被識別為不可能匹配的所述寄存器地址比較器進行控制，使得它們進入低功率 狀態。
18. 根據權利要求17所述的方法，'甚進一步包括-將所述CAM的標記的屬性與處理器的當前操作狀態進行比較；以及 將在給定存取時不可能匹配的所述寄存器地址比較器識別為其標記的屬性與所 述處理器的當前操作狀態匹配的寄存器地址比較器。
19. 根據權利要求17所述的方法，其中所述對被識別為不可能匹配的所述寄存器地址 比較器進行控制的步驟進一步包括將所述CAM的標記的屬性與處理器的當前操作狀態進行比較；以及 依據所述CAM的標記的所述屬性與所述處理器的當前操作狀態的比較來控制所 述寄存器地址比較器以將其禁用。
20. 根據權利要求17所述的方法，其進一步包括在處理器中產生邏輯寄存器號；以及將所述邏輯寄存器號供應給所述寄存器地址比較器，以與所述CAM的標記進行 比較。
全文摘要
本發明描述一種用於節約功率的複合重命名寄存器文件。映射單元將指令寄存器號(IRN)變換為邏輯寄存器號(LRN)。所述重命名寄存器文件將LRN映射到物理寄存器號(PRN)，從而存在數目大於通過直接使用所述IRN可尋址數目的物理寄存器。所述重命名寄存器文件使用內容可尋址存儲器(CAM)來提供所述映射功能。所述重命名寄存器文件CAM進一步使用當前的處理器狀態信息來選擇性地啟用標記比較器，以使存取寄存器過程中的功率最小化。當不啟用標記比較器時，所述標記比較器維持在低功率狀態。本發明還描述一種使用具有低功率特徵的重命名寄存器文件的處理器。
文檔編號G06F1/32GK101164035SQ200680013596
公開日2008年4月16日 申請日期2006年3月3日 優先權日2005年3月3日
發明者託馬斯·安德魯·薩託裡烏斯, 傑弗裡·託德·布裡奇斯, 詹姆斯·諾裡斯·迪芬德爾費爾, 麥可·斯科特·麥基爾文 申請人:高通股份有限公司