专利名称：用于提供高速计算能力同时降低功率消耗的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据处理电路和系统，具体地说，涉及在数字信号处理器、媒体处理器或微处理器的数据或指令通路内采用向量或累加器比较器的数字信号处理器、媒体处理器或通用微处理器。
背景技术：
在半导体工业中不断要求减小IC器件的尺寸。同时，还要求在提高总体运行速度的同时降低功率消耗。要求功率消耗低而又要求减小器件尺寸、提高运行速度在今天的比较器设计中提出了特别的挑战。
向量和累加器比较器通常是数字信号处理器(DSP)和其他类似器件的数据通路的一部分。在指令发布后，比较器操作直接受DSP控制。比较器宏内的数据操作通常在一个时钟周期内以DSP速度执行。因此，低功率高速DSP需要低功率高速数据宏。对于向量数据通路和累加器数据通路业已采用了超大规模体系结构。16位的向量数据通路管道包括(多个)向量乘法器、(多个)向量加法器、向量逻辑、(多个)向量移位器以及多个向量比较器宏。相比之下，40位的累加器数据通路管道包括(多个)饱和加法器(saturating adder)、累加器逻辑以及多个累加比较器宏。所有数据宏都通过转移寄存器(transition register)壁垒同时接收数据。因此，需要在数据通路内的不同点处的低功率高速比较器，这提出了一个挑战。
此外，当比较器从无符号的简单整数应用转为有符号和无符号的浮点数应用时，用于比较器宏的功率和硅面积将显著增大。
发明内容
因此，本发明提供了一种在计算环境内提供高速计算能力而又降低功率消耗的装置，所述装置包括比较器，所述比较器具有至少一个比较器输入端；符号选择器，所述符号选择器与所述比较器电联系；所述符号选择器包括至少两个符号选择器输入数据端和同样数量的专用指示器，所述专用指示器用于为每个所述符号选择器输入数据端标识有符号数与无符号数；结果标志生成器，所述结果标志生成器与所述符号选择器和所述比较器电联系，以使所述结果标志生成器接收来自所述比较器的第一结果端和来自所述符号选择器的第二结果端，以便产生结果输出。
优选地，提供了一种改进的比较器，其消除了用于有符号数的互补逻辑。
优选地，在所述多个输入端上和有选择地在诸如Sign端和Ini端之类的其他端上执行集合操作(collective operation)后生成所述结果输出。
优选地，提供了一种改进的比较器，所述比较器具有同时处理有符号数和无符号数的能力，使用符号控制信号来告知比较器宏所述数据是否带有符号(即，指令是整数运算还是浮点运算)。优选地，提供了一种改进的比较器设计，所述设计可以将当前半导体器件的高速和低功率要求结合在一起，同时支持减小的总体器件尺寸。
优选地，所述结果标志生成器接收不是由所述比较器或所述符号选择器提供给其的其他输入端。
优选地，所述比较器具有至少两个比较器输入端。
在一个优选实施例中，每个所述比较器输入端都至少是16位长。
优选地，所述符号选择器具有两个符号选择器输入端，分别标为第一符号选择器输入端和第二符号选择器输入端。
优选地，所述符号选择器输入端具有两个专用指示器，分别标为Am和Bm。
优选地，所述Am指示器在所述第一符号选择器输入端包含正数时接通。
在一个优选实施例中，所述符号选择器还包括Sign端。
优选地，所述符号选择器还包括Sign端和Ini端。
在一个优选实施例中，提供给所述比较器的所述输入端又可以通过Ini流被馈给所述符号选择器。
在一个优选实施例中，来自所述比较器的输出可以通过Ini流被馈给所述符号选择器。
在一个优选实施例中，通过在所述Sign、Am、Bm以及Ini流上执行集合操作来产生第二结果输入。
优选地，执行所述集合操作，以便在所述Sign端断开时，无论Am和Bm的值如何，都为所述第二结果输入产生与所述Ini流的值相同的值；或者在所述Sign端接通时，只有在所述Am和Bm都断开时，才为所述第二结果输入产生与所述Ini流的值相同的值。
优选地，执行所述集合操作，以便在所述Sign端接通并且在所述Am和Bm也都接通时，产生将与所述Ini流的输入相同的所述第二结果输入。
优选地，执行所述集合操作，以便在所述Sign端和所述Bm都接通而所述Am断开时，或者在所述Sign端和所述Am都接通而所述Bm断开时，产生符号将与所述Ini流的符号恰好相反的所述第二结果输入。
还提供了一种用于标识有符号数与无符号数的符号选择器，所述符号选择器包括至少两个输入端；用于每个输入端的专用符号指示器，所述指示器分别标为Am，Bm，Cm，...Zm，...；Ini端和Sign端；计算器，所述计算器用于以这样的方式提供结果输出端在所述Sign端断开且无论Am、Bm、...如何时，都产生将与所述Ini流相同的所述结果输出端，或者在所述Sign端接通且只有在所述Am、Bm、...都断开时，才产生将与所述Ini流相同的所述结果输出端。
优选地，有两个具有相应的指示器Am和Bm的输入端，并且在所述Sign端、Am和Bm都接通时，产生将与所述Ini流相同的所述结果输出；并且在所述Sign端和所述Bm都接通且只有所述Am断开时，产生符号值与所述Ini流的符号值相反的所述结果输出；或者在所述Sign端和所述Am都接通且只有所述Bm断开时，产生符号值与所述Ini流的符号值相反的所述结果输出。
还提供了一种在计算环境内提供高速计算而又降低功率消耗的方法，所述方法包括提供符号选择器单元，用来区分有符号数和无符号数；根据输入数据端的数量，将同样数量的指示器专用于标识有符号数和无符号数；通过Ini端向所述符号选择器提供至少一个其它数据端，所述Ini端又提供来自与所述符号选择器电联系的比较器的信息；在所述符号选择器与结果标志生成器之间建立电联系，所述结果标志生成器还与所述比较器电联系；分别从所述比较器和所述符号选择器向所述结果标志生成器提供第一结果流和第二结果端，以便可以生成结果输出。
优选地，所述符号选择器还具有Sign端和至少两个其它输入端，所述至少两个其它输入端具有各自专用的符号指示器Am和Bm。
优选地，通过在所述Ini、Am、Bm和Sign端上执行集合操作来生成所述第二结果端，这进一步包括以下步骤在所述Sign端断开且无论Am和Bm的值如何时，产生将与所述Ini流相同的所述第二结果输入；在所述Sign端接通且只有在所述Am和Bm都断开时，产生将与所述Ini流相同的所述第二结果输入；在所述Sign、Am和Bm都接通时，产生将与所述Ini流相同的所述第二结果输入；在所述Sign端和所述Bm都接通而所述Am断开时，或者在所述Sign端和所述Am都接通而所述Bm断开时，产生符号与所述Ini流相反的所述第二结果输入。
现在将仅通过实例的方式并参考附图对本发明的诸优选实施例进行说明，这些附图是图1例示了如现有技术中提供的、执行有符号数和无符号数运算的比较器的典型方框图；图2例示了本发明的一个实施例的高层方框图；图3详细示出了根据本发明的一个实施例的图2的符号选择器；图4例示了根据本发明的一个实施例的诸如图3所示的反相MUX 330的细节图。
具体实施例方式
图1例示了一个如现有技术中提供的典型比较器。数据输入是16位数VA<015>和VB<015>，分别在(110)和(120)处示出。如果数据带有符号，最高有效位VA<0>和VB<0>将指示数的符号。如果数据不带有符号，符号控制信号将为“0”，并且VA<0>和VB<0>将为数的最高有效位。注意，不带有符号的数是16位，而带有符号的数实际上是15位加符号位。
在图1中，无符号数的逻辑比较由方框图中包括上部比较器逻辑块(130)的部分执行，比较器逻辑块(130)对16位数据输入Va<0；15>和Vb<0；15>进行操作。该比较器块具有两个输出端Eq(在Va＝Vb时为“1”)和Lnt(在Va＜Vb时为“1”)，分别如(132)和(134)处所示。这些结果然后被输入多路复用器(MUX)，如(140)处所示，多路复用器(MUX)受示为(144)的SIGN位输入的控制。如果SIGN＝“0”被执行(即意味着执行无符号的比较)，则选择这些输入并将其传送到MUX输出端。
在下面的表A中示出了结果标志生成器(在(170)处示出)的逻辑操作。(注意，在现有技术解决方案和优选实施例中都使用这种结果标志生成器块。)表A-结果标志生成器的真值表
就执行比较操作所需的电路而言，现有技术解决方案的有符号比较器操作变得复杂得多。在图1中，如(150)处所示，首先将Va和Vb反相(2×16＝32个反相器)以产生“补码”。接着是如(152)处所示的加法器，该加法器根据Va或yb的符号将Va和/或Vb加1。然后该结果依次被输入另一个逻辑比较器(在(160)处示出)，其与无符号操作所用的比较器相同。比较结果然后被输入如(140)处所示的多路复用器(MUX)，并且如果MUX的SIGN控制位为“1”(意味着执行有符号操作)，则所述比较结果被传送到MUX的输出端。多路复用器输出然后被提供给结果标志生成器(170)，其根据进一步的输入(C bit和Equal)，然后输出如上表A中所示的结果。
图2是本发明的一个实施例的高层方框图。在此实施例中，将在(210)处所示的比较器逻辑和在(230)处所示的结果标志生成器与一个称为符号选择器的新的块(在(220)处示出)结合使用。下面的表B示出了该符号选择器的逻辑真值表。符号选择器包括两个新的位Am和Bm。Am位是输入A的最高有效位，也表示为VA<0>(在(222)处示出)。如果数带有符号，则这个位就是该数的符号。类似地，Bm表示输入VB的符号位，也表示为VB<0>(在(224)处示出)。还可以提供Sign端(在(223)处示出)。如果AM＝“1”，则输入VA<0；15>为正数。比较器与符号选择器电联系。在此实施例中，这是通过在(213)/(214)处所示的Lnt/Ini来实现的。比较器还通过Eq(在(212)处示出)向结果标志生成器提供输入。在225处所示的符号选择器的Inout是进入结果标志生成器的另一个输入。这些输入与诸如在(252)和(254)处所示的其他输入(如果有)结合以产生如在(236)处所示的最后结果输出。
表B-符号选择器的真值表
下面的表C提供了对于“16”位器件的器件比较表，其比较了如图2所示的本发明的实施例相对于诸如图1所示的现有技术实例的电路门数。
表C-16位设计的器件比较表
如表C所示，由于实施图2的实施例，可以有实质的改进。
图3为本发明的一个实施例，详细示出了图2中的实施例的符号选择器。其他实施例也是可以实现的，图3的实施例只是作为一个实例提供。图4例示了诸如图3中所示的反相MUX 330的细节。
权利要求
1.一种在计算环境内提供高速计算能力而又降低功率消耗的装置，所述装置包括比较器，所述比较器具有至少一个比较器输入端；符号选择器，所述符号选择器与所述比较器电联系；所述符号选择器包括至少两个符号选择器输入数据端和同样数量的专用指示器，所述专用指示器用于为每个所述符号选择器输入数据端标识有符号数与无符号数；结果标志生成器，所述结果标志生成器与所述符号选择器和所述比较器电联系，以使所述结果标志生成器接收来自所述比较器的第一结果端和来自所述符号选择器的第二结果端，以便产生结果输出。
2.根据权利要求1的装置，其中所述结果标志生成器接收不是由所述比较器或所述符号选择器提供给其的其他输入端。
3.根据权利要求1的装置，其中所述比较器具有至少两个比较器输入端。
4.根据权利要求3的装置，其中每个所述比较器输入端都至少是16位长。
5.根据权利要求1的装置，其中所述符号选择器具有两个符号选择器输入端，分别标为第一符号选择器输入端和第二符号选择器输入端。
6.根据权利要求5的装置，其中所述符号选择器输入端具有两个专用指示器，分别标为Am和Bm。
7.根据权利要求6的装置，其中所述Am指示器在所述第一符号选择器输入端包含正数时接通。
8.根据权利要求7的装置，其中所述符号选择器还包括Sign端。
9.根据权利要求1的装置，其中所述符号选择器还包括Sign端和Ini端。
10.根据权利要求10的装置，其中提供给所述比较器的所述输入端又可以通过Ini流被馈给所述符号选择器。
11.根据权利要求9的装置，其中来自所述比较器的输出可以通过Ini流被馈给所述符号选择器。
12.根据权利要求11的装置，其中通过在所述Sign、Am、Bm以及Ini流上执行集合操作来产生第二结果输入。
13.根据权利要求12的装置，其中执行所述集合操作，以便在所述Sign端断开时，无论Am和Bm的值如何，都为所述第二结果输入产生与所述Ini流的值相同的值；或者在所述Sign端接通时，只有在所述Am和Bm都断开时，才为所述第二结果输入产生与所述Ini流的值相同的值。
14.根据权利要求12的装置，其中执行所述集合操作，以便在所述Sign端接通并且在所述Am和Bm也都接通时，产生将与所述Ini流的输入相同的所述第二结果输入。
15.根据权利要求12的装置，其中执行所述集合操作，以便在所述Sign端和所述Bm都接通而所述Am断开时，或者在所述Sign端和所述Am都接通而所述Bm断开时，产生符号将与所述Ini流的符号恰好相反的所述第二结果输入。
16.一种用于标识有符号数与无符号数的符号选择器，所述符号选择器包括至少两个输入端；用于每个输入端的专用符号指示器，所述指示器分别标为Am，Bm，Cm，...Zm，...；Ini端和Sign端；计算器，所述计算器用于以这样的方式提供结果输出端在所述Sign端断开且无论Am、Bm、...如何时，都产生将与所述Ini流相同的所述结果输出端，或者在所述Sign端接通且只有在所述Am、Bm、...都断开时，才产生将与所述Ini流相同的所述结果输出端。
17.根据权利要求16的符号选择器，其中有两个具有相应的指示器Am和Bm的输入端，并且在所述Sign端、Am和Bm都接通时，产生将与所述Ini流相同的所述结果输出；并且在所述Sign端和所述Bm都接通且只有所述Am断开时，产生符号值与所述Ini流的符号值相反的所述结果输出；或者在所述Sign端和所述Am都接通且只有所述Bm断开时，产生符号值与所述Ini流的符号值相反的所述结果输出。
18.一种在计算环境内提供高速计算而又降低功率消耗的方法，所述方法包括提供符号选择器单元，用来区分有符号数和无符号数；根据输入数据端的数量，将同样数量的指示器专用于标识有符号数和无符号数；通过Ini端向所述符号选择器提供至少一个其它数据端，所述Ini端又提供来自与所述符号选择器电联系的比较器的信息；在所述符号选择器与结果标志生成器之间建立电联系，所述结果标志生成器还与所述比较器电联系；分别从所述比较器和所述符号选择器向所述结果标志生成器提供第一结果流和第二结果端，以便可以生成结果输出。
19.根据权利要求18的方法，其中所述符号选择器还具有Sign端和至少两个其它输入端，所述至少两个其它输入端具有各自专用的符号指示器Am和Bm。
20根据权利要求19的方法，其中通过在所述Ini、Am、Bm和Sign端上执行集合操作来生成所述第二结果端，这进一步包括以下步骤在所述Sign端断开且无论Am和Bm的值如何时，产生将与所述Ini流相同的所述第二结果输入；在所述Sign端接通且只有在所述Am和Bm都断开时，产生将与所述Ini流相同的所述第二结果输入；在所述Sign、Am和Bm都接通时，产生将与所述Ini流相同的所述第二结果输入；在所述Sign端和所述Bm都接通而所述Am断开时，或者在所述Sign端和所述Am都接通而所述Bm断开时，产生符号与所述Ini流相反的所述第二结果输入。
全文摘要
一种用于在计算环境中以高效的功率消耗提供高速计算能力的装置和方法，所述装置包括比较器，其具有至少一个输入端；符号选择器，其与所述比较器电联系；以及结果标志生成器，其同时与所述符号选择器和所述比较器电联系。所述符号选择器具有多个输入数据端和同样数量的专用指示器，所述专用指示器用来为每个所述输入数据端标识有符号数与无符号数。所述结果标志生成器接收来自所述比较器的第一结果端和来自所述符号选择器的第二结果端。所述符号选择器可以被设计成提供结果输出。在所述多个输入端和有选择地在诸如Sign端和Ini端之类的其他端上执行集合操作后生成所述结果输出。
文档编号G06F7/02GK1708743SQ200380102448
公开日2005年12月14日 申请日期2003年10月24日 优先权日2002年11月1日
发明者黄威, 吴锟 申请人:国际商业机器公司