转置指令的制作方法

转置指令的制作方法
【专利摘要】描述了转置指令。取出转置指令，其中转置指令包括指定向量寄存器或存储器位置的操作数。解码该转置指令。执行经解码的转置指令，使得所指定的向量寄存器或存储器位置中的每个数据元素以相反的顺序被存储在该指定的向量寄存器或存储器位置中。
【专利说明】转置指令
发明领域
[0001 ] 本发明的领域一般涉及计算机处理器架构，更具体地涉及转置指令。
【背景技术】
[0002]指令集，或指令集架构(ISA)是涉及编程的计算机架构的一部分，并可以包括原生数据类型、指令、寄存器架构、寻址模式、存储器架构，中断和异常处理、以及外部输入和输出(I/O)。应注意术语指令在本文中一般指的是宏指令一即提供给处理器以供执行的指令一与从处理器的解码器解码宏指令得到的微指令或微操作不同。
[0003]指令集架构与微架构不同，微架构是实现ISA的处理器的内部设计。带有不同的微架构的处理器可以共享共同的指令集。指令集包括一个或多个指令格式。给定指令格式定义各种字段(位数、位位置)以指定要执行的操作以及将对其进行该操作的操作数等。给定指令是使用给定指令格式来表达的，并指定操作和操作数。指令流是特定指令序列，其中，序列中的每一指令都是指令以指令格式出现。
[0004]科学、金融、自动向量化的通用RMS(识别、挖掘以及合成)/可视和多媒体应用(例如，2D/3D图形、图像处理、视频压缩/解压缩、语音识别算法和音频操纵)常常需要对大量的数据项执行相同操作(被称为“数据并行性”)。单指令多数据(SMD)是指使处理器对多个数据项执行相同操作的一种指令。SMD技术特别适于能够在逻辑上将寄存器中的位分割为若干个固定尺寸的数据元素的处理器，其中每一个数据元素都表示单独的值。例如，64位寄存器中的位可以被指定为作为四个单独的16位数据元素来操作的源操作数，每一个数据元素都表示单独的16位值。作为另一个示例，256位寄存器中的位可以被指定为作为四个单独的64位打包数据元素(四字(Q)尺寸的数据元素)、八个单独的32位打包数据元素(双字(D)尺寸的数据元素)、十六个单独的16位打包数据元素(字(W)尺寸的数据元素)、或三十二个单独的8位数据元素(字节(B)尺寸的数据元素)来操作的源操作数。这种类型的数据被称为打包数据类型或向量数据类型，这种数据类型的操作数被称为打包数据操作数或向量操作数。换句话说，打包数据项或向量指的是打包数据元素的序列；并且打包数据操作数或向量操作数是SMD指令(也称为打包数据指令或向量指令)的源操作数或目的地操作数。
[0005]转置操作是向量软件中的常见基元。虽然某些指令集架构提供用于执行转置操作的指令，但这些指令通常是混洗或置换，混洗和置换需要使用立即数位或使用单独的向量寄存器来设置混洗控制掩码的额外开销，由此增加了指令有效负荷并增加了尺寸。此外，一些指令集架构的混洗操作是通道内(in-lane)的128位操作。结果，为了进行256位或512位寄存器(作为示例)的完整转置操作，混洗和置换的组合是必须的。
[0006]软件应用花费相当百分比的时间在对存储器的加载(LD)和存储(ST)上，其中加载的执行次数通常超过存储的执行次数的两倍。需要多次加载和存储操作的函数中的一些函数几乎不需要计算，诸如存储器清除、存储器复制、转置；而另一些函数采用很少的计算，诸如矩阵点乘、数组求和等等。每个加载操作或存储操作都需要核资源(例如预留站(RS)、重排序缓冲器(ROB)、填充缓冲器、等等)。
[0007]附图简沭
[0008]本发明是作为示例说明的，而不仅受限于各个附图的图形，在附图中，类似的参考编号表示类似的元件，其中:
[0009]图1示出根据一个实施例的转置指令的示例性执行；
[0010]图2示出根据一个实施例的转置指令的另一示例性执行；
[0011]图3是示出根据一个实施例的通过执行单个转置指令来转置向量寄存器或存储器位置中的数据元素的示例性操作的流程图；
[0012]图4是示出根据一个实施例的有序架构核和示例性的寄存器重命名的无序发布/执行架构核的示例性实施例的框图，该示例性的寄存器重命名的无序发布/执行架构核包括示例性的高速缓存协处理单元，该高速缓存协处理单元执行已从由处理核的执行群集的执行中卸载的指令；
[0013]图5是根据一个实施例的用于执行被卸载的指令的示例性操作的流程图；
[0014]图6a示出根据一个实施例的示例性AVX指令格式，包括VEX前缀、实操作码字段、MoD R/M字节、SIB字节、位移字段以及IMM8 ；
[0015]图6B示出根据一个实施例来自图6A的哪些字段构成完整操作码字段和基础操作字段；
[0016]图6C示出根据一个实施例来自图6A的哪些字段构成寄存器索引字段；
[0017]图7A是示出根据本发明的实施例的通用向量友好指令格式及其A类指令模板的框图；
[0018]图7B是示出根据本发明的实施例的通用向量友好指令格式及其B类指令模板的框图；
[0019]图8A是示出根据本发明的实施例的示例性专用矢量友好指令格式的框图；
[0020]图SB是示出根据本发明的一个实施例的构成完整操作码字段的具有专用向量友好指令格式的图8a的字段的框图；
[0021]图SC是示出根据本发明的一个实施例的构成寄存器索引字段的具有专用向量友好指令格式的字段的框图；
[0022]图8D是示出根据本发明的一个实施例的构成扩充操作字段的具有专用向量友好指令格式的字段的框图；
[0023]图9是根据本发明的一个实施例的寄存器架构的框图；
[0024]图1OA是示出根据本发明的实施例的示例性有序流水线以及示例性寄存器重命名的无序发布/执行流水线两者的框图；
[0025]图1OB是示出根据本发明的各实施例的要包括在处理器中的有序架构核的示例性实施例和示例性的寄存器重命名的无序发布/执行架构核的框图；
[0026]图1lA是根据本发明的实施例的单个处理器核以及它与管芯上互联网络和与其2级(L2)高速缓存的本地子集的连接的框图；
[0027]图1lB是根据本发明的各实施例的图1lA中的处理器核的一部分的展开图；
[0028]图12是根据本发明的实施例的可具有一个以上核、可具有集成存储器控制器、并且可具有集成图形的处理器的框图；[0029]图13是根据本发明的一个实施例的系统的框图；
[0030]图14是根据本发明的实施例的第一更具体的示例性系统的框图；
[0031]图15是根据本发明的实施例的第二更具体的示例性系统的框图；
[0032]图16是根据本发明的实施例的SoC的框图；以及
[0033]图17是根据本发明的实施例的对比使用软件指令变换器将源指令集中的二进制指令变换成目标指令集中的二进制指令的框图。
[0034]详细描沭
[0035]在下面的描述中，阐述了很多具体细节。然而，应当理解，本发明的各实施例可以在不具有这些具体细节的情况下得到实施。在其他实例中，未详细示出公知的电路、结构和技术以免混淆对本描述的理解。
[0036]在说明书中对“一个实施例”、“一实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但并不一定每个实施例都需要包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定是指同一个实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为在本领域技术人员学识范围内，可以结合其他实施例来影响这样的特征、结构或特性，无论是否对此明确描述。
[0037]转置指令
[0038]如先前所详述地，传统地利用混洗和置换操作的组合来执行用于转置元素的转置操作，该操作需要利用立即数位或利用单独的向量寄存器来设置混洗控制掩码的额外开销，由此增加了指令有效负荷和尺寸。
[0039]以下详细描述转置指令(Transpose)的实施例以及可用于执行该指令的系统、架构、指令格式等等的实施例。转置指令包括指定向量寄存器或存储器位置的操作数。在执行时，转置指令使处理器以相反的顺序来存储指定的向量寄存器或存储器位置的数据元素。例如，最高有效的数据元素成为最低有效的数据元素，最低有效的数据元素成为最高有效的数据元素，以此类推。
[0040]在一些实施例中，如果该指令指定存储器位置，则该指令还包括指定元素数量的操作数。
[0041]在将在本文中稍后更详细描述的一些实施例中，将转置指令卸载以由高速缓存协处理单元来执行。
[0042]该指令的一个不例是“Transpose [PS/PD/B/ff/D/Q] Vector_Register/Memory v,其中Vector_Register指定向量寄存器(诸如128位、256位或512位寄存器)，或Memory指定存储器位置。该指令的“PS”部分指示标量浮点(4字节)。该指令的“PD”部分指示双浮点(8字节)。该指令的“B”部分指示字节，与操作数尺寸属性无关。该指令的“W”部分指示字(word),与操作数尺寸属性无关。该指令的“D”部分指示双字(doubleword),与操作数尺寸属性无关。该指令的“Q”部分指示四字(quadword)，与操作数尺寸属性无关。
[0043]所指定的向量寄存器或存储器是相同的源和目的地。作为转置指令执行的结果，指定的向量寄存器或存储器中的数据元素以相反顺序被存储在该指定的向量寄存器或存储器中。
[0044]该指令的另一不例是“Transpose[PS/PD/B/W/D/Q]Memory,Num_Elements”,其中Memory是存储器位置,并且Num_Elements是元素的数量。在一个实施例中，该形式的指令被卸载并由高速缓存协处理单元执行。
[0045]图1示出根据一个实施例的转置指令的示例性执行。该转置指令100包括操作数105。该转置指令100属于一指令集架构，并且指令100在指令流中的每次“出现”将包括该操作数105内的值。在本示例中，操作数105指定向量寄存器(诸如128位、256位、512位寄存器)。如所示的向量寄存器是具有16个32位数据元素的z_寄存器；然而，可使用其它数据元素和寄存器尺寸，诸如xmm或ymm寄存器和16位或64位数据元素。
[0046]如所示，由操作数105(zmml)指定的寄存器的内容包括16个数据元素。图1示出在执行转置指令100之前以及在执行指令100之后的zmml寄存器。在执行转置指令100之前，zmml的索引O处的数据元素存储值A，zmml的索引I处的数据元素存储值B，以此类推，zmml的索引15处的最后数据元素存储值P。转置指令100的执行导致zmml寄存器中的数据元素以相反的顺序被存储在zmml寄存器中。因此，zmml的索引O处的数据元素存储值P (该值P以前被存储在zmml的索引15处)，索引I处的数据元素存储值O (该值O以前被存储在索引14处)，以此类推，索引15处的数据元素存储值A (该值A以前被存储在索引O处)。
[0047]图2示出转置指令的另一示例性执行。转置指令200包括操作数205和操作数210。操作数205指定存储器位置(在本示例中，该存储器位置保持数组)，而操作数210指定元素数量(在本示例中为16)。在执行转置指令200之前，该数组的索引O处的数据元素存储值A，该数组的索引I处的数据元素存储值B，以此类推，该数组的索引15处的最后的数据元素存储值P。转置指令200的执行导致该数组中的数据元素以相反的顺序被存储在该数组中。因此，该数组的索引O处的数据元素存储值P (该值P以前被存储在该数组的索引15处)，索引I处的数据元素存储值0(该值O以前被存储在索引14处)，以此类推，索引15处的数据元素存储值A (该值A以前被存储在索引O处)。
[0048]图3是示出根据一个实施例的通过执行单个转置指令来转置向量寄存器或存储器位置中的数据元素的示例性操作的流程图。在操作310，通过处理器取出转置指令(例如，通过处理器的取出单元)。转置指令包括指定向量寄存器或存储器位置的操作数。所指定的向量寄存器或存储器位置包括要被转置的多个数据元素。例如，向量寄存器可以是具有16个32位数据元素的z_寄存器；然而，可使用其它数据元素和寄存器尺寸，诸如x_或ymm寄存器和16位或64位数据元素。
[0049]流程从操作310移动到操作315，在操作315，处理器解码转置指令。例如，在一些实施例中，处理器包括硬件解码单元，指令被提供给该解码单元(例如，通过处理器的取出单元)。对于解码单元，可使用各种不同的公知解码单元。例如，该解码单元可以将转置指令解码成单一宽微指令。作为另一示例，该解码单元可以将转置指令解码成多个宽微指令。作为特别适于无序处理器流水线的另一示例，该解码单元可将转置指令解码成一个或多个微操作，其中每个微操作可被发布并无序执行。而且，该解码单元可以用一个或多个解码器来实现，并且每个解码器可被实现为可编程逻辑阵列(PLA)，如本领域公知的。作为示例，给定解码单元可以:1)具有导引逻辑以便将不同的宏指令定向到不同的解码器；2)第一解码器，可解码该指令集的子集(但是比第二、第三和第四解码器解码得更多)，并且每次生成两个微操作；3)第二、第三和第四解码器，可各自仅解码完整指令集的子集，并且每次仅生成一个微操作；4)微序列发生器R0M，可以仅解码完整指令集的子集并且每次生成四个微操作；以及5)由解码器和微序列发生器ROM馈送的多路复用逻辑，确定谁的输出被提供至微操作队列。该解码单元的其他实施例可具有解码更多或更少指令和指令子集的更多或更少的解码器。例如，一个实施例可具有第二、第三和第四解码器，该第二、第三和第四解码器可每次各生成两个微操作；并且可包括每次生成8个微操作的微序列发生器ROM。
[0050]然后流程移动至操作320，在操作320，处理器执行转置指令，使所指定的向量寄存器或存储器位置中的数据元素的顺序以相反的顺序被存储在所指定的向量寄存器或存储器位置中。
[0051]转置指令可通过编译器自动生成，或者可由软件开发者手动编码。本申请中描述的转置指令的执行改善了指令集架构可编程性，并减少了指令计数，由此降低了核的功耗。此外，与执行转置操作的传统方式不同，无需创建用于保持转置存储器的临时缓冲器即可执行该转置指令，这减小了存储器覆盖面积。而且，单个转置指令的执行比先前执行转置操作所需的混洗和置换的复杂集合更简单。
[0052]卸载指令以由高速缓存协处理单元执行
[0053]如之前所详述地，软件应用可包括通常需要在计算系统的处理核的执行群集与存储器单元(高速缓存和存储器)之间执行多个加载和/或存储操作的函数。这些函数中的一些几乎不需要计算，但可能需要多个加载和/或存储操作，诸如存储器清除、存储器复制以及转置。其它函数需要很少的计算，但也可能需要多个加载和/或存储操作，诸如矩阵点乘和数组求和。例如，为了对存储器数组执行转置操作，将存储器数组加载到寄存器中，核使这些值顺序颠倒，然后将这些值存储回存储器数组中(这些步骤可能需要重复多次，直到存储器数组被转置为止)。
[0054]本发明的实施例描述了一种高速缓存处理单元，该高速缓存处理单元执行已从由计算系统的执行群集的执行中卸载的指令。例如，某些存储器管理功能(例如，存储器清除、存储器复制、转置等等)从由计算系统的执行群集的执行中被卸载，并被高速缓存协处理单元直接执行(该高速缓存协处理单元可包括被操作的数据)。作为另一示例，导致对高速缓存协处理单元内的高速缓存阵列的连续区域执行恒定计算操作的指令可被卸载至该高速缓存协处理单元并由该高速缓存协处理单元执行(例如，矩阵点乘、数组求和等等)。将这些指令卸载至高速缓存协处理单元减少了计算系统的高速缓存处理单元与执行群集之间的加载和存储操作的数量，由此减少了指令计数，释放了执行群集的资源(例如，保留站(RS)、重排序缓冲器(ROB)、填充缓冲器等等)，这允许执行群集使用那些资源来处理其它指令。
[0055]图4是示出根据一个实施例的有序架构核和示例性的寄存器重命名、无序发布/执行架构核的示例性实施例的框图，该示例性的寄存器重命名、无序发布/执行架构核包括示例性的高速缓存协处理单元，该高速缓存协处理单元执行已从由处理核的执行群集的执行中卸载的指令。图4中的实线框示出了有序流水线和有序核，而可选增加的虚线框示出了重命名的无序发布/执行流水线和核。假定有序方面是无序方面的子集，将描述无序方面。
[0056]如图4所示，处理器核400包括耦合至执行引擎单元415的前端单元410，执行引擎单元415与高速缓存协处理单元470耦合。处理器核400可以是精简指令集计算(RISC)核、复杂指令集计算(CISC)核、超长指令字(VLIW)核、或混合或替代核类型。作为又一选择，核400可以是专用核，诸如例如网络或通信核、压缩引擎、协处理器核、通用计算图形处理单元(GPGPU)核、图形核等等。
[0057]前端单元410包括指令取出单元420，指令取出单元420与解码单元425耦合。解码单元425 (或解码器)被配置成解码指令，并生成从原始指令解码出的、或以其他方式反映原始指令的、或从原始指令导出的一个或多个微操作、微代码进入点、微指令、其他指令、或其他控制信号作为输出。解码单元425可使用各种不同的机制来实现。合适的机制的示例包括但不限于查找表、硬件实现、可编程逻辑阵列(PLA)、微代码只读存储器(ROM)等。在一个实施例中，核400包括(例如，在解码单元425中或否则在前端单元410内的)用于存储某些宏指令的微代码的微代码ROM或其他介质。解码单元425耦合至执行引擎单元415中的重命名/分配器单元435。虽然未在图1中示出，但前端单元410还可包括耦合至指令高速缓存单元的分支预测单元，指令高速缓存单元耦合至指令转换后备缓冲器(TLB)，指令转换后备缓冲器(TLB)耦合至指令取出单元420。
[0058]解码单元425也被配置成确定是否将指令卸载至高速缓存协处理单元470。在一个实施例中，将指令卸载至高速缓存协处理单元470的决定是(在执行时间)动态执行的，并且依赖于架构。例如，在一种实现方式中，如果指令的存储器长度大于高速缓存行尺寸(例如64字节)并且是高速缓存行尺寸的倍数，则可将该指令卸载。另一实现方式可根据高速缓存协处理单元470的效率来决定将指令卸载至高速缓存协处理单元470，而不考虑存储器长度。
[0059]在另一实施例中，将指令卸载至高速缓存协处理单元470的决定也可考虑指令自身。即，某些指令可专门被卸载到高速缓存协处理单元470或至少能够被卸载到高速缓存协处理单元470。作为示例，基于如果将这样的指令卸载至高速缓存协处理单元将会更高效，可由编译器产生或由软件开发者编写这样的指令。
[0060]执行引擎单元415包括重命名/分配器单元435，该重命名/分配器单元435耦合至引退单元450以及一个或多个调度器单元440的集合。调度器单元440表示任何数目的不同调度器，包括保留站、中央指令窗等。调度器单元440被耦合到物理寄存器组单元445。物理寄存器组单元445中的每一个都表示一个或多个物理寄存器组，其中不同的寄存器组存储一种或多种不同的数据类型，诸如标量整数、标量浮点、打包整数、打包浮点、向量整数、向量浮点，状态(例如，作为要被执行的下一指令的地址的指令指针)等等。在一个实施例中，物理寄存器组单元445包括向量寄存器单元、写掩码寄存器单元和标量寄存器单元。这些寄存器单元可以提供架构向量寄存器、向量掩码寄存器、和通用寄存器。物理寄存器组单元445与引退单元450重叠以示出可以用来实现寄存器重命名和无序执行的各种方式(例如，使用重新排序缓冲器和引退寄存器组；使用将来的文件、历史缓冲器和引退寄存器组；使用寄存器映射和寄存器池等等)。引退单元450和物理寄存器组单元445耦合到执行群集455。
[0061]执行群集455包括一个或多个执行单元460的集合以及存储器访问单元465的集合。执行单元455可以执行各种计算操作(例如，移位、加法、减法、乘法)，以及对各种类型的数据(例如，标量浮点、打包整数、打包浮点、向量整数、向量浮点)执行。调度器单元440、物理寄存器组单元445和执行群集455被示为可能有多个，因为某些实施例为某些类型的数据/操作创建分开的流水线(例如，标量整型流水线、标量浮点/打包整型/打包浮点/向量整型/向量浮点流水线，和/或各自具有其自己的调度器单元、物理寄存器组单元和/或执行群集的存储器访问流水线一以及在分开的存储器访问流水线的情况下，实现其中仅该流水线的执行群集具有存储器访问单元465的某些实施例)。还应当理解，在使用分开的流水线的情况下，这些流水线中的一个或多个可以为无序发布/执行，并且其余流水线可以为有序发布/执行。
[0062]存储器访问单元465的集合耦合至高速缓存协处理单元470。在一个实施例中，存储器访问单元465包括加载单元484、存储地址单元486、存储数据单元488、以及用于将指令卸载到高速缓存协处理单元470的一个或多个卸载指令单元490的集合。加载单元484将加载访问(可能采取加载微操作的形式)发布至高速缓存处理单元470。例如，加载单元484指定要加载的数据的地址。当执行存储操作时，使用存储地址单元486和存储数据单元488。存储地址单元486指定地址，而存储数据单元488指定要写入存储器的数据。在一些实施例中，可将加载和存储地址单元用作加载单元或存储地址单元。
[0063]如之前描述地，软件应用可能花费大量时间和资源来执行加载和存储操作。例如，诸如存储器清除、存储器复制和转置之类的许多指令典型地需要在核的执行群集的执行单元中执行若干加载、计算和存储指令。例如，发布加载指令以将数据加载到寄存器中，执行计算，并且发布存储指令以写入结果数据。可能需要执行这些操作的若干次迭代以完成该指令的执行。加载和存储操作也占用高速缓存和存储器带宽以及其它核资源(例如RS、R0B、填充缓冲器等等)。
[0064]卸载指令单元490将指令发布至高速缓存协处理单元470以将某些指令的执行卸载至高速缓存协处理单元470。例如，可将通常将需要多个加载操作和/或存储操作、但占用很少或不占用计算的执行卸载，以通过高速缓存协处理单元470来直接执行，以减少原本需要执行的多个加载和/或存储操作。例如，存储器清除函数、存储器复制函数以及转置函数通常包含要执行的许多加载和存储操作，而占用很少或不占用计算。在一个实施例中，可将这些函数的执行卸载至高速缓存协处理单元470。作为另一示例，可将对连续的数据区执行的恒定计算操作的执行卸载至高速缓存协处理单元470。这样的执行的示例包括诸如矩阵点乘、数组求和等等之类的函数的执行。
[0065]高速缓存协处理单元470执行核400的高速缓存(例如，LI高速缓存、L2高速缓存)的操作，并处理被卸载的指令。因此，高速缓存协处理单元470以与常规高速缓存单元相似的方式处理加载访问和存储访问，并处理被卸载的指令。高速缓存协处理单元470的解码单元474包括逻辑，该逻辑用于解码被卸载的指令以及加载请求、存储地址、请求和存储数据请求。在一个实施例中，使用位于每个存储器访问单元与高速缓存协处理单元470之间的单独的控制线来解码每个请求。在另一实施例中，使用位于存储器访问单元465与解码单元474之间的由一个或多个多路复用器控制的一个或多个控制线的集合来减少控制线的数量。
[0066]在解码所请求的操作之后，高速缓存协处理单元470的操作单元472执行这些操作。作为示例，操作单元472包括用于写入高速缓存阵列482 (用于存储操作)并从高速缓存阵列482 (用于加载操作)读取的逻辑以及任何需要的缓冲器。例如，如果接收到加载请求，则操作单元472在所请求的地址处访问高速缓存阵列482，并返回数据(假定该数据在高速缓存阵列482中)。作为另一示例，如果接收到存储请求，则操作单元472在所请求的地址处写入所请求的数据。
[0067]解码单元474确定将执行哪些操作以执行被卸载的指令。例如，在被卸载的指令基本是非计算性的指令(例如，转换数据的存储器清除、存储器复制、转置或其它函数，与需要计算不同)的实施例中，解码单元474确定为了执行该指令而将要由操作单元472执行的多个加载和/或存储操作。例如，如果接收到存储器清除指令，则解码单元474可使操作单元472对高速缓存阵列482执行多个存储操作(根据请求清除的存储器的长度)，以将所请求的数据置为零(或其它值)。因此，例如，可将单个指令卸载至高速缓存协处理单元470，从而使高速缓存协处理单元470执行存储器清除函数的功能，而不要求存储器访问单元465 (存储地址单元486和存储数据单元488)发布多个存储请求来完成存储器清除函数。
[0068]操作单元472在执行操作时使用控制单元473。例如，控制单元473的循环控制476控制通过高速缓存阵列482的循环以完成需要循环的操作。例如，如果解码了存储器清除指令，循环控制476循环通过高速缓存阵列482多次(根据请求清除的存储器的尺寸)，并且操作单元相应地清除阵列482。在一个实施例中，操作单元472被局限于对高速缓存行尺寸和边界来执行。
[0069]控制单元473还包括高速缓存锁定单元478，用于锁定高速缓存阵列482的被操作单元472操作的区域。对高速缓存阵列482的锁定区域的命中导致监听停止。
[0070]控制单元473还包括错误控制单元480，用于报告错误。例如，将与处理被卸载的指令相关的错误返回报告给发布该指令的卸载指令单元490，从而导致该指令出错或在控制寄存器中设置错误代码。在一个实施例中，当数据不在高速缓存阵列482中时，错误控制单元480向发布该被卸载指令的卸载指令单元490报告错误。在一个实施例中，错误控制单元480在溢出或下溢状况下向发出该被卸载指令的卸载指令单元490报告错误。
[0071 ] 虽然在图4中未示出，但高速缓存协处理单元470也可与转换后备缓冲器耦合。此夕卜，高速缓存协处理单元470可与2级高速缓存和/或存储器耦合。此外，控制单元473还可包括监听逻辑，用于对已经在高速缓存阵列482中被高速缓存的存储器位置的访问监测地址行。
[0072]在一些实施例中，被卸载的指令需要计算(例如，移位、加法、减法、乘法、除法)。例如，诸如矩阵点乘和数组求和之类的函数需要计算。在被卸载的指令需要计算的实施例中，在一个实施例中，操作单元472包括用于执行这些操作的执行单元(例如，算术逻辑单元、浮点单元)。
[0073]如图4所示，示出高速缓存协处理单元470在I级高速缓存中实现。然而，在其它实施例中，高速缓存协处理单元可实现为不同级的高速缓存(例如，2级高速缓存、外部高速缓存)。
[0074]在一个实施例中，高速缓存协处理单元470被实现为I级高速缓存的复制副本，其中内容从I级高速缓存中被读取、被锁定，并且对复制副本作出改变。一旦完成这些操作，则使I级高速缓存中的高速缓存行无效、被解锁，并且复制的副本具有有效数据。
[0075]在一个实施例中，仅当用于该指令的数据已经驻留于高速缓存中时，才发布被卸载的指令。在这样的实施例中，产生该指令的应用确保该数据驻留在高速缓存中。在一个实施例中，以与常规高速缓存未命中相似的方式来处理高速缓存未命中。例如，在高速缓存未命中时，访问下一级高速缓存或存储器以获得该数据。
[0076]图5是示出根据一个实施例的用于执行被卸载的指令的示例性操作的流程图。将相对于图4的示例性架构来描述图5。然而，应当理解，图5的操作可以由不同于参考图4所讨论的那些实施例的实施例来执行，并且参考图4所讨论的实施例可执行不同于参考图5所讨论的那些操作的操作。
[0077]在操作510，取出指令。例如，指令取出单元420取出该指令。然后流程移至操作515，在操作515，前端单元410的解码单元425解码该指令并确定它是否应当被卸载以由高速缓存协处理单元470来执行。例如，该指令可以是专门被卸载至高速缓存协处理单元470的类型。作为另一示例，该指令可以能够被卸载，并且其存储器长度大于高速缓存行尺寸。
[0078]然后流程移至操作520，并且将经解码的指令发布至高速缓存协处理单元470。例如，卸载指令单元490将该指令发布至高速缓存协处理单元470。接下来，流程移至操作525，并且高速缓存协处理单元470的解码单元474解码被卸载的指令。然后流程移至操作530，并且操作单元472如之前所述那样执行该指令。
[0079]在一个实施例中，用于将被卸载的每个函数的指令被定义成使得它将被发布至高速缓存协处理单元470以供处理。作为特定示例，转置指令可被卸载并由高速缓存协处理单元470来执行。例如，转置指令可采取“TransposeO[PS/PD/B/W/D/Q]Memory，Num_Elements”的形式,其中Memory是存储器位置，并且Num_Elements是该存储器位置中的元素的数量。该转置指令类似于之前描述的转置指令；然而，该指令的操作码“TransposeO”表示该转置指令将被卸载。
[0080]在遇到该指令时，解码单元425确定它将被卸载至高速缓存协处理单元470，如之前所述。相应地，卸载指令单元490将该指令发布至高速缓存处理单元470，并且源存储器地址和长度被发送至高速缓存协处理单元470 (在一个实施例中，存储地址单元提供源存储器地址和长度，源存储器地址和长度被封装在来自高速缓存协处理单元470的有效负荷中)。
[0081]解码单元474解码该指令并使操作单元472执行这些操作。例如，操作单元472通过如下操作开始:加载由高速缓存阵列462中的源存储器地址指定的存储器的第一和最后的高速缓存行，将这二者的值交换，然后向内运行直到完成存储器长度为止。因此，由高速缓存协处理单元470直接执行的单个转置指令减少了执行群集与高速缓存协处理单元之间的加载和存储指令的数量，并节省了执行引擎415中的资源，这些资源可用于执行其它指令。
[0082]卸载将由高速缓存协处理单元执行的指令允许相对简单的存储器相关任务(作为示例)不再由处理器核的执行单元执行，由此减少了指令计数并节省了核功率、减少了缓冲器的使用、并由于代码尺寸的减小和编程的简化而改善了性能。因此，在前端单元410和执行引擎单元415方面，可卸载单个指令并通过高速缓存协处理单元470来执行该单个指令，而不必执行一长串指令。这允许执行引擎单元415使用其资源来进行更复杂的计算任务，由此节省核资源、核功率并改善性能。
[0083]示例性指令格式
[0084]本文中所描述的指令的实施例可以不同的格式体现。另外，在下文中详述示例性系统、架构、以及流水线。指令的实施例可在这些系统、架构、以及流水线上执行，但是不限于详述的系统、架构、以及流水线。在一个实施例中，以下描述的示例性系统、架构和流水线可用于执行未被卸载到如上所述的高速缓存协处理单元的指令。
[0085]VEX指令格式
[0086]VEX编码允许指令具有两个以上操作数，并且允许SMD向量寄存器比128位长。VEX前缀的使用提供了三个操作数(或者更多)句法。例如，先前的两操作数指令执行改写源操作数的操作(诸如A = A+B)。VEX前缀的使用使操作数执行非破坏性操作，诸如A =B+C。
[0087]图6A示出示例性AVX指令格式，包括VEX前缀602、实操作码字段630、MoD R/M字节640、SIB字节650、位移字段662以及IMM8 672。图6B示出来自图6A的哪些字段构成完整操作码字段674和基础操作字段642。图6C示出来自图6A的哪些字段构成寄存器索引字段644。
[0088]VEX前缀(字节0-2)602以三字节形式进行编码。第一字节是格式字段640 (VEX字节0，位[7:0])，该格式字段640包含明确的C4字节值(用于区分C4指令格式的唯一值)。第二-第三字节(VEX字节1-2)包括提供专用能力的多个位字段。具体地，REX字段605 (VEX字节I，位[7-5])由VEX.R位字段(VEX字节I，位[7] - R)、VEX.X位字段(VEX字节1，位[6] -X)以及VEX.B位字段(VEX字节1，位[5] - B)组成。这些指令的其他字段对如在本领域中已知的寄存器索引的较低三个位(rrr、xxx以及bbb)进行编码，由此可通过增加VEX.R、VEX.X以及VEX.B来形成Rrrr、Xxxx以及Bbbb。操作码映射字段615 (VEX字节1，位[4:0] - mmmmm)包括对隐含的前导操作码字节进行编码的内容。W字段664(VEX字节2，位[7] -W)由记号VEX.W表示，并且提供取决于该指令而不同的功能。VEX.WW 620 (VEX字节2,位[6:3]-vvvv)的作用可包括如下:1)VEX.vvvv编码第一源寄存器操作数且对具有两个或两个以上源操作数的指令有效，第一源寄存器操作数以反转(I补码)形式被指定；2) VEX.vvvv编码目的地寄存器操作数，目的地寄存器操作数针对特定向量位移以I补码的形式被指定；或者3) VEX.vvvv不编码任何操作数，保留该字段，并且应当包含1111b。如果VEX.L 668尺寸字段(VEX字节2，位[2]-L) = 0，则它指示128位向量；如果VEX.L = 1，则它指示256位向量。前缀编码字段625 (VEX字节2，位[1:0]-ρρ)提供了用于基础操作字段的附加位。
[0089]实操作码字段630 (字节3)还被称为操作码字节。操作码的一部分在该字段中指定。
[0090]MOD R/M 字段 640 (字节 4)包括 MOD 字段 642 (位[7_6])、Reg 字段 644 (位[5_3])、以及R/M字段646 (位[2-0])。Reg字段644的作用可包括如下:对目的地寄存器操作数或源寄存器操作数(Rrrr中的rrr)进行编码；或者被视为操作码扩展且不用于对任何指令操作数进行编码。R/M字段646的作用可包括如下:对引用存储器地址的指令操作数进行编码；或者对目的地寄存器操作数或源寄存器操作数进行编码。
[0091]比例、索引、基址(SIB) —比例字段650(字节5)的内容包括用于存储器地址生成的SS652(位[7-6])。先前已经针对寄存器索引Xxxx和Bbbb参考了 SIB.xxx 654(位[5-3])和 SIB.bbb 656 (位[2-0])的内容。
[0092]位移字段662和立即数字段(IMM8)672包含地址数据。[0093]至VEX的示例性编码
[0094]通用向量友好指令格式
[0095]向量友好指令格式是适于向量指令(例如，存在专用于向量操作的特定字段)的指令格式。尽管描述了其中通过向量友好指令格式支持向量和标量运算两者的实施例，但是替代实施例仅使用通过向量友好指令格式的向量运算。
[0096]图7A-7B是示出根据本发明的实施例的通用向量友好指令格式及其指令模板的框图。图7A是示出根据本发明的实施例的通用向量友好指令格式及其A类指令模板的框图；而图7B是示出根据本发明的实施例的通用向量友好指令格式及其B类指令模板的框图。具体地，针对通用向量友好指令格式700定义A类和B类指令模板，两者包括无存储器访问705的指令模板和存储器访问720的指令模板。在向量友好指令格式的上下文中的术语“通用”指不束缚于任何专用指令集的指令格式。
[0097]尽管将描述其中向量友好指令格式支持64字节向量操作数长度(或尺寸)与32位(4字节)或64位(8字节)数据元素宽度(或尺寸)(并且由此，64字节向量由16双字尺寸的元素或者替代地8四字尺寸的元素组成)、64字节向量操作数长度(或尺寸)与16位(2字节)或8位(I字节)数据元素宽度(或尺寸)、32字节向量操作数长度(或尺寸)与32位(4字节)、64位(8字节)、16位(2字节)、或8位(I字节)数据元素宽度(或尺寸)、以及16字节向量操作数长度(或尺寸)与32位(4字节)、64位(8字节)、16位(2字节)、或8位(I字节)数据元素宽度(或尺寸)的本发明的实施例，但是替代实施例可支持更大、更小、和/或不同的向量操作数尺寸(例如，256字节向量操作数)与更大、更小或不同的数据元素宽度(例如，128位(16字节)数据元素宽度)。
[0098]图7A中的A类指令模板包括:1)在无存储器访问705的指令模板内，示出无存储器访问的完全舍入控制型操作710的指令模板、以及无存储器访问的数据变换型操作715的指令模板；以及2)在存储器访问720的指令模板内，示出存储器访问的时效性725的指令模板和存储器访问的非时效性730的指令模板。图7B中的B类指令模板包括:1)在无存储器访问705的指令模板内，示出无存储器访问的写掩码控制的部分舍入控制型操作712的指令模板以及无存储器访问的写掩码控制的vsize型操作717的指令模板；以及2)在存储器访问720的指令模板内，示出存储器访问的写掩码控制727的指令模板。
[0099]通用向量友好指令格式700包括以下列出的按照在图7A-7B中示出的顺序的如下字段。
[0100]格式字段740 —该字段中的特定值(指令格式标识符值)唯一地标识向量友好指令格式，并且由此标识指令在指令流中以向量友好指令格式出现。由此，该字段对于仅具有通用向量友好指令格式的指令集是不需要的，在这个意义上该字段是任选的。
[0101]基础操作字段742 —其内容区分不同的基础操作。
[0102]寄存器索引字段744-其内容直接或者通过地址生成来指定源或目的地操作数在寄存器中或者在存储器位置。这些字段包括足够数量的位以从PxQ(例如，32x512、16x128、32x1024,64x1024)个寄存器组选择N个寄存器。尽管在一个实施例中N可高达三个源和一个目的地寄存器，但是替代实施例可支持更多或更少的源和目的地寄存器(例如，可支持高达两个源,其中这些源中的一个源还用作目的地,可支持高达三个源,其中这些源中的一个源还用作目的地，可支持高达两个源和一个目的地)。[0103]修饰符(modifier)字段746 —其内容将指定存储器访问的以通用向量指令格式出现的指令与不指定存储器访问的以通用向量指令格式出现的指令区分开；即在无存储器访问705的指令模板与存储器访问720的指令模板之间进行区分。存储器访问操作读取和/或写入到存储器层次(在一些情况下，使用寄存器中的值来指定源和/或目的地地址)，而非存储器访问操作不这样(例如，源和/或目的地是寄存器)。尽管在一个实施例中，该字段还在三种不同的方式之间选择以执行存储器地址计算，但是替代实施例可支持更多、更少或不同的方式来执行存储器地址计算。
[0104]扩充操作字段750 —其内容区分除基础操作以外还要执行各种不同操作中的哪一个操作。该字段是针对上下文的。在本发明的一个实施例中，该字段被分成类字段768、α字段752、以及β字段754。扩充操作字段750允许在单一指令而非2、3或4个指令中执行多组共同的操作。
[0105]比例字段760 —其内容允许用于存储器地址生成(例如，用于使用2_*索引+基址的地址生成)的索引字段的内容的按比例缩放。
[0106]位移字段762Α—其内容用作存储器地址生成的一部分(例如，用于使用2ttw*索引+基址+位移的地址生成)。
[0107]位移因数字段762B(注意，位移字段762A直接在位移因数字段762B上的并置指示使用一个或另一个)一其内容用作地址生成的一部分，它指定通过存储器访问的尺寸(N)按比例缩放的位移因数，其中N是存储器访问中的字节数量(例如，用于使用2?*索弓I +基址+按比例缩放的位移的地址生成)。忽略冗余的低阶位，并且因此将位移因数字段的内容乘以存储器操作数总尺寸(N)以生成在计算有效地址中使用的最终位移。N的值由处理器硬件在运行时基于完整操作码字段774 (稍后在本文中描述)和数据操纵字段754C确定。位移字段762A和位移因数字段762B可以不用于无存储器访问705的指令模板和/或不同的实施例可实现两者中的仅一个或不实现两者中的任一个，在这个意义上位移字段762A和位移因数字段762B是任选的。
[0108]数据元素宽度字段764 —其内容区分使用多个数据元素宽度中的哪一个(在一些实施例中用于所有指令，在其他实施例中只用于一些指令)。如果支持仅一个数据元素宽度和/或使用操作码的某一方面来支持数据元素宽度，则该字段是不需要的，在这个意义上该字段是任选的。
[0109]写掩码字段770 —其内容在每一数据元素位置的基础上控制目的地向量操作数中的数据元素位置是否反映基础操作和扩充操作的结果。A类指令模板支持合并-写掩码操作，而B类指令模板支持合并写掩码操作和归零写掩码操作两者。当合并时，向量掩码允许在执行任何操作期间保护目的地中的任何元素集免于更新(由基础操作和扩充操作指定)；在另一实施例中，保持其中对应掩码位具有O的目的地的每一元素的旧值。相反，当归零时，向量掩码允许在执行任何操作期间使目的地中的任何元素集归零(由基础操作和扩充操作指定)；在一个实施例中，目的地的元素在对应掩码位具有O值时被设为O。该功能的子集是控制执行的操作的向量长度的能力(即，从第一个到最后一个要修改的元素的跨度)，然而，被修改的元素不一定要是连续的。由此，写掩码字段770允许部分向量操作，这包括加载、存储、算术、逻辑等。尽管描述了其中写掩码字段770的内容选择了多个写掩码寄存器中的包含要使用的写掩码的一个写掩码寄存器(并且由此写掩码字段770的内容间接地标识了要执行的掩码操作)的本发明的实施例，但是替代实施例相反或另外允许掩码写字段770的内容直接地指定要执行的掩码操作。
[0110]立即数字段772 —其内容允许对立即数的指定。该字段在实现不支持立即数的通用向量友好格式中不存在且在不使用立即数的指令中不存在，在这个意义上该字段是任选的。
[0111]类字段768 —其内容在不同类的指令之间进行区分。参考图7A-B，该字段的内容在A类和B类指令之间进行选择。在图7A-B中，圆角方形用于指示专用值存在于字段中(例如，在图7A-B中分别用于类字段768的A类768A和B类768B)。
[0112]A类指令模板
[0113]在A类非存储器访问705的指令模板的情况下，α字段752被解释为其内容区分要执行不同扩充操作类型中的哪一种(例如，针对无存储器访问的舍入型操作710和无存储器访问的数据变换型操作715的指令模板分别指定舍入752Α.1和数据变换752Α.2)的RS字段752Α，而β字段754区分要执行指定类型的操作中的哪一种。在无存储器访问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。
[0114]无存储器访问的指令模板一完全舍入控制型操作
[0115]在无存储器访问的完全舍入控制型操作710的指令模板中，β字段754被解释为其内容提供静态舍入的舍入控制字段754Α。尽管在本发明的所述实施例中舍入控制字段754Α包括抑制所有浮点异常(SAE)字段756和舍入操作控制字段758，但是替代实施例可支持、可将这些概念两者都编码成相同的字段或者仅具有这些概念/字段中的一个或另一个(例如，可仅有舍入操作控制字段758)。
[0116]SAE字段756 —其内容区分是否停用异常事件报告；当SAE字段756的内容指示启用抑制时，给定指令不报告任何种类的浮点异常标志且不唤起任何浮点异常处理程序。
[0117]舍入操作控制字段758 —其内容区分执行一组舍入操作中的哪一个(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允许在每一指令的基础上改变舍入模式。在其中处理器包括用于指定舍入模式的控制寄存器的本发明的一个实施例中，舍入操作控制字段750的内容优先于该寄存器值。
[0118]无存储器访问的指令模板一数据变换型操作
[0119]在无存储器访问的数据变换型操作715的指令模板中，β字段754被解释为数据变换字段754Β，其内容区分要执行多个数据变换中的哪一个(例如，无数据变换、混合、广播)。
[0120]在A类存储器访问720的指令模板的情况下，α字段752被解释为驱逐提示字段752Β，其内容区分要使用驱逐提示中的哪一个(在图7Α中，对于存储器访问时效性725的指令模板和存储器访问非时效性730的指令模板分别指定时效性的752Β.1和非时效性的752Β.2)，而β字段754被解释为数据操纵字段754C，其内容区分要执行多个数据操纵操作(也称为基元(primitive))中的哪一个(例如，无操纵、广播、源的向上转换、以及目的地的向下转换)。存储器访问720的指令模板包括比例字段760、以及任选的位移字段762A或位移比例字段762B。
[0121]向量存储器指令使用转换支持来执行来自存储器的向量加载并将向量存储到存储器。如同寻常的向量指令，向量存储器指令以数据元素式的方式与存储器来回传输数据，其中实际传输的元素由选为写掩码的向量掩码的内容规定。
[0122]存储器访问的指令模板一时效性的
[0123]时效性的数据是可能足够快地重新使用以从高速缓存受益的数据。然而，这是提示，且不同的处理器可以不同的方式实现它，包括完全忽略该提示。
[0124]存储器访问的指令模板一非时效性的
[0125]非时效性的数据是不可能足够快地重新使用以从第一级高速缓存中的高速缓存受益且应当被给予驱逐优先级的数据。然而，这是提示，且不同的处理器可以不同的方式实现它，包括完全忽略该提示。
[0126]B类指令模板
[0127]在B类指令模板的情况下，α字段752被解释为写掩码控制(Z)字段752C，其内容区分由写掩码字段770控制的写掩码操作应当是合并还是归零。
[0128]在B类非存储器访问705的指令模板的情况下，β字段754的一部分被解释为RL字段757Α，其内容区分要执行不同扩充操作类型中的哪一种(例如，针对无存储器访问的写掩码控制部分舍入控制类型操作712的指令模板和无存储器访问的写掩码控制VSIZE型操作717的指令模板分别指定舍入757Α.1和向量长度(VSIZE) 757Α.2)，而β字段754的其余部分区分要执行指定类型的操作中的哪一种。在无存储器访问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。
[0129]在无存储器访问的写掩码控制的部分舍入控制型操作710的指令模板中，β字段754的其余部分被解释为舍入操作字段759Α，并且停用异常事件报告(给定指令不报告任何种类的浮点异常标志且不唤起任何浮点异常处理程序)。
[0130]舍入操作控制字段759Α —只作为舍入操作控制字段758，其内容区分执行一组舍入操作中的哪一个(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允许在每一指令的基础上改变舍入模式。在其中处理器包括用于指定舍入模式的控制寄存器的本发明的一个实施例中，舍入操作控制字段750的内容优先于该寄存器值。
[0131]在无存储器访问的写掩码控制VSIZE型操作717的指令模板中，β字段754的其余部分被解释为向量长度字段759Β，其内容区分要执行多个数据向量长度中的哪一个(例如，128字节、256字节、或512字节)。
[0132]在B类存储器访问720的指令模板的情况下，β字段754的一部分被解释为广播字段757Β，其内容区分是否要执行广播型数据操纵操作，而β字段754的其余部分被解释为向量长度字段759Β。存储器访问720的指令模板包括比例字段760、以及任选的位移字段762Α或位移比例字段762Β。
[0133]针对通用向量友好指令格式700，示出完整操作码字段774包括格式字段740、基础操作字段742以及数据元素宽度字段764。尽管示出了其中完整操作码字段774包括所有这些字段的一个实施例，但是在不支持所有这些字段的实施例中，完整操作码字段774包括少于所有的这些字段。完整操作码字段774提供操作码(opcode)。
[0134]扩充操作字段750、数据元素宽度字段764以及写掩码字段770允许在每一指令的基础上以通用向量友好指令格式指定这些特征。
[0135]写掩码字段和数据元素宽度字段的组合创建各种类型的指令，因为这些指令允许基于不同的数据元素宽度应用该掩码。
[0136]在A类和B类内出现的各种指令模板在不同的情形下是有益的。在本发明的一些实施例中，不同处理器或者处理器内的不同核可支持仅A类、仅B类、或者可支持两类。举例而言，旨在用于通用计算的高性能通用无序核可仅支持B类，旨在主要用于图形和/或科学(吞吐量)计算的核可仅支持A类，并且旨在用于两者的核可支持两者(当然，具有来自两类的模板和指令的一些混合、但是并非来自两类的所有模板和指令的核在本发明的范围内)。同样，单一处理器可包括多个核，所有核支持相同的类或者其中不同的核支持不同的类。举例而言，在具有单独的图形和通用核的处理器中，图形核中的旨在主要用于图形和/或科学计算的一个核可仅支持A类，而通用核中的一个或多个可以是具有旨在用于通用计算的仅支持B类的无序执行和寄存器重命名的高性能通用核。不具有单独的图形核的另一处理器可包括既支持A类又支持B类的一个或多个通用有序或无序核。当然，在本发明的不同实施例中，来自一类的特征也可在其他类中实现。可使以高级语言撰写的程序成为(例如，及时编译或者统计编译)各种不同的可执行形式，包括:1)仅具有用于执行的目标处理器支持的类的指令的形式；或者2)具有使用所有类的指令的不同组合而编写的替代例程且具有选择这些例程以基于由当前正在执行代码的处理器支持的指令而执行的控制流代码的形式。
[0137]示例性专用向量友好指令格式
[0138]图8是示出根据本发明的实施例的示例性专用向量友好指令格式的框图。图8示出专用向量友好指令格式800，其指定位置、尺寸、解释和字段的次序、以及那些字段中的一些字段的值，在这个意义上向量友好指令格式800是专用的。专用向量友好指令格式800可用于扩展x86指令集，并且由此一些字段类似于在现有x86指令集及其扩展(例如，AVX)中使用的那些字段或与之相同。该格式保持与具有扩展的现有x86指令集的前缀编码字段、实操作码字节字段、MOD R/M字段、SIB字段、位移字段、以及立即数字段一致。示出来自图7的字段，来自图8的字段映射到来自图7的字段。
[0139]应当理解，虽然出于说明的目的在通用向量友好指令格式700的上下文中参考专用向量友好指令格式800描述了本发明的实施例，但是本发明不限于专用向量友好指令格式800，除非另有声明。例如，通用向量友好指令格式700构想各种字段的各种可能的尺寸，而专用向量友好指令格式800被示为具有特定尺寸的字段。作为具体示例，尽管在专用向量友好指令格式800中数据元素宽度字段764被示为一位字段，但是本发明不限于此(即，通用向量友好指令格式700构想数据元素宽度字段764的其他尺寸)。
[0140]通用向量友好指令格式700包括以下列出的按照图8A中示出的顺序的如下字段。[0141 ] EVEX前缀(字节0-3) 802 —以四字节形式进行编码。
[0142]格式字段740(EVEX字节0，位[7:0]) —第一字节(EVEX字节O)是格式字段740，并且它包含0x62 (在本发明的一个实施例中用于区分向量友好指令格式的唯一值)。
[0143]第二一第四字节(EVEX字节1-3)包括提供专用能力的多个位字段。
[0144]REX 字段 805 (EVEX 字节 I，位[7-5]) —由 EVEX.R 位字段(EVEX 字节 I，位[7] - R)、EVEX.X 位字段(EVEX 字节 1，位[6] - X)以及(757BEX 字节 1，位[5] - B)组成。EVEX.R、EVEX.X和EVEX.B位字段提供与对应VEX位字段相同的功能，并且使用I补码的形式进行编码，即ZMMO被编码为1111B，ZMM15被编码为0000B。这些指令的其他字段对如在本领域中已知的寄存器索引的较低三个位(rrr、xxx、以及bbb)进行编码，由此可通过增加EVEX.R、EVEX.X 以及 EVEX.B 来形成 Rrrr、Xxxx 以及 Bbbb。
[0145]REX’字段710—这是REX’字段710的第一部分，并且是用于对扩展的32个寄存器集合的较高16个或较低16个寄存器进行编码的EVEX.R’位字段(EVEX字节1，位[4] -R，)。在本发明的一个实施例中，该位与以下指示的其他位一起以位反转的格式存储以(在公知x86的32位模式下)与实操作码字节是62的BOUND指令进行区分，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 ;本发明的替代实施例不以反转的格式存储该指示的位以及其他指示的位。值I用于对较低16个寄存器进行编码。换句话说，通过组合EVEX.R’、EVEX.R、以及来自其他字段的其他RRR来形成R’ Rrrr。
[0146]操作码映射字段815(EVEX字节1，位[3:0] - _皿)-其内容对隐含的前导操作码字节(OF、OF 38、或OF 3)进行编码。
[0147]数据元素宽度字段764 (EVEX字节2，位[7] - W)—由记号EVEX.W表示。EVEX.W用于定义数据类型(32位数据元素或64位数据元素)的粒度(尺寸)。
[0148]EVEX.vvvv 820 (EVEX 字节 2,位[6:3]-vvvv) — EVEX.vvvv 的作用可包括如下:1)EVEX.vvvv编码第一源寄存器操作数且对具有两个或两个以上源操作数的指令有效，第一源寄存器操作数以反转(I补码)的形式被指定；2)EVEX.vvvv编码目的地寄存器操作数，目的地寄存器操作数针对特定向量位移以I补码的形式被指定；或者3)EVEX.vvvv不编码任何操作数，保留该字段，并且应当包含1111b。由此，EVEX.vvvv字段820对以反转(I补码)的形式存储的第一源寄存器指定符的4个低阶位进行编码。取决于该指令，额外不同的EVEX位字段用于将指定符尺寸扩展到32个寄存器。
[0149]EVEX.U 768类字段(EVEX字节2，位[2]-U) 一如果EVEX.U = 0，则它指示A类或EVEX.UO ;如果 EVEX.U = 1，则它指示 B 类或 EVEX.Ul。
[0150]前缀编码字段825 (EVEX字节2，位[1:0]-ρρ) —提供了用于基础操作字段的附加位。除了对以EVEX前缀格式的传统SSE指令提供支持以外，这也具有压缩SMD前缀的益处(EVEX前缀只需要2位，而不是需要字节来表达SMD前缀)。在一个实施例中，为了支持使用以传统格式和以EVEX前缀格式的SMD前缀(66H、F2H、F3H)的传统SSE指令，将这些传统SMD前缀编码成SMD前缀编码字段；并且在运行时在提供给解码器的PLA之前被扩展成传统SMD前缀(因此PLA可执行传统和EVEX格式的这些传统指令，而无需修改)。虽然较新的指令可将EVEX前缀编码字段的内容直接作为操作码扩展，但是为了一致性，特定实施例以类似的方式扩展，但允许由这些传统SIMD前缀指定不同的含义。替代实施例可重新设计PLA以支持2位SMD前缀编码，并且由此不需要扩展。
[0151]α 字段 752 (EVEX 字节 3，位[7] - EH,也称为 EVEX.EH、EVEX.rs、EVEX.RL、EVEX.写掩码控制、以及EVEX.N;也以α示出)一如先前所述，该字段是针对上下文的。
[0152]β 字段 754(EVEX 字节 3，位[6:4]_SSS，也称为 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，该字段是针对上下文的。
[0153]REX’字段710 —这是REX’字段的其余部分，并且是可用于对扩展的32个寄存器集合的较高16个或较低16个寄存器进行编码的EVEX.V’位字段(EVEX字节3，位[3] - V’)。该位以位反转的格式存储。值I用于对较低16个寄存器进行编码。换句话说，通过组合EVEX.V’、EVEX.vvvv 来形成 V’ VVVV。[0154]写掩码字段770 (EVEX字节3，位[2:0]_kkk) —其内容指定写掩码寄存器中的寄存器索引，如先前所述。在本发明的一个实施例中，特定值EVEX.kkk = 000具有暗示没有写掩码用于特定指令的特殊行为(这可以各种方式实现，包括使用硬连线到所有的写掩码或者旁路掩码硬件的硬件来实现)。
[0155]实操作码字段830 (字节4)还被称为操作码字节。操作码的一部分在该字段中被指定。
[0156]MOD R/Μ字段840 (字节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的内容将存储器访问和非存储器访问操作区分开。Reg字段844的作用可被归结为两种情形:对目的地寄存器操作数或源寄存器操作数进行编码；或者被视为操作码扩展且不用于对任何指令操作数进行编码。R/Μ字段846的作用可包括如下:对引用存储器地址的指令操作数进行编码；或者对目的地寄存器操作数或源寄存器操作数进行编码。
[0157]比例、索引、基址(SIB)字节(字节6)—如先前所述的，比例字段750的内容用于存储器地址生成。SIB.xxx 854和SIB.bbb 856 一先前已经针对寄存器索引Xxxx和Bbbb提及了这些字段的内容。
[0158]位移字段762A (字节7-10) —当MOD字段842包含10时，字节7_10是位移字段762A，并且它与传统32位位移(disp32) —样地工作，并且以字节粒度工作。
[0159]位移因数字段762B (字节7) —当MOD字段842包含OI时，字节7是位移因数字段762B。该字段的位置与传统x86指令集8位位移(disp8)的位置相同，它以字节粒度工作。由于disp8是符号扩展的，因此它仅能在-128和127字节偏移量之间寻址；在64字节高速缓存行的方面，disp8使用可被设为仅四个真正有用的值-128、-64、0和64的8位；由于常常需要更大的范围，所以使用disp32 ;然而，disp32需要4个字节。与disp8和disp32对比，位移因数字段762B是dispS的重新解释；当使用位移因数字段762B时，通过将位移因数字段的内容乘以存储器操作数访问的尺寸(N)来确定实际位移。该类型的位移被称为disp8*N。这减小了平均指令长度(单个字节用于位移，但具有大得多的范围)。这种压缩位移基于有效位移是存储器访问的粒度的倍数的假设，并且由此地址偏移量的冗余低阶位不需要被编码。换句话说，位移因数字段762B替代传统x86指令集8位位移。由此，位移因数字段762B以与x86指令集8位位移相同的方式(因此在ModRM/SIB编码规则中没有变化)进行编码，唯一的不同在于，将dispS超载至disp8*N。换句话说，在编码规则或编码长度中没有变化，而仅在通过硬件对位移值的解释中有变化(这需要按存储器操作数的尺寸按比例缩放位移量以获得字节式地址偏移量)。
[0160]立即数字段772如先前所述地操作。
[0161]完整操作码字段
[0162]图SB是示出根据本发明的实施例的构成完整操作码字段774的具有专用向量友好指令格式800的字段的框图。具体地，完整操作码字段774包括格式字段740、基础操作字段742、以及数据元素宽度(W)字段764。基础操作字段742包括前缀编码字段825、操作码映射字段815以及实操作码字段830。
[0163]寄存器索引字段
[0164]图SC是示出根据本发明的一个实施例的构成寄存器索引字段744的具有专用向量友好指令格式800的字段的框图。具体地，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。
[0165]扩充操作字段
[0166]图8D是示出根据本发明的一个实施例的构成扩充操作字段750的具有专用向量友好指令格式800的字段的框图。当类(U)字段768包含O时，它表明EVEX.U0(A类768A)；当它包含I时，它表明EVEX.Ul (B类768B)。当U = O且MOD字段842包含11 (表明无存储器访问操作)时，α字段752 (EVEX字节3，位[7] - EH)被解释为rs字段752A。当rs字段752A包含I (舍入752A.1)时，β字段754 (EVEX字节3，位[6:4] - SSS)被解释为舍入控制字段754A。舍入控制字段754A包括一位SAE字段756和两位舍入操作字段758。当rs字段752A包含O (数据变换752A.2)时，β字段754 (EVEX字节3，位[6:4] - SSS)被解释为三位数据变换字段754Β。当U = O且MOD字段842包含00、01或10 (表明存储器访问操作)时，α字段752 (EVEX字节3，位[7] -EH)被解释为驱逐提示(EH)字段752B且β字段754(EVEX字节3，位[6:4] - SSS)被解释为三位数据操纵字段754C。
[0167]当U = I时，α字段752(EVEX字节3，位[7] - EH)被解释为写掩码控制(Z)字段752C。当U = I且MOD字段842包含11 (表明无存储器访问操作)时，β字段754的一部分(EVEX字节3，位[4] - S0)被解释为RL字段757Α ;当它包含I (舍入757Α.1)时，β字段754的其余部分(EVEX字节3，位[6_5] - S2^1)被解释为舍入操作字段759Α，而当RL字段757Α包含0(VSIZE757.A2)时，β字段754的其余部分(EVEX字节3，位[6-5]-?^)被解释为向量长度字段759B(EVEX字节3，位[6-5] -1^。)。当U= I且MOD字段842包含00、01或10(表明存储器访问操作)时，β字段754(EVEX字节3，位[6:4] - SSS)被解释为向量长度字段759B (EVEX字节3，位[6-5] - L卜0)和广播字段757B (EVEX字节3，位[4] - B)。
[0168]至专用向量友好指令格式的示例性编码
[0169]示例性寄存器架构
[0170]图9是根据本发明的一个实施例的寄存器架构900的框图。在所示出的实施例中，有32个512位宽的向量寄存器910 ;这些寄存器被引用为zmmO到zmm31。较低的16zmm寄存器的较低阶256个位覆盖在寄存器ymmO-16上。较低的16zmm寄存器的较低阶128个位(ymm寄存器的较低阶128个位)覆盖在寄存器xmmO-15上。专用向量友好指令格式800对这些覆盖的寄存器组操作，如在以下表格中所示的。
[0171]
【权利要求】
1.一种在处理器核中执行转置指令的计算机实现的方法，包括: 取出转置指令，所述转置指令包括操作数，其中所述操作数指定向量寄存器或存储器位置； 解码所取出的转置指令；以及 执行经解码的转置指令，使得所指定的向量寄存器或存储器位置中的每个数据元素以相反的顺序被存储在该指定的向量寄存器或存储器位置中。
2.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述操作数指定向量寄存器，并且其中所述向量寄存器是512位寄存器。
3.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述操作数指定向量寄存器，并且其中所述向量寄存器是256位寄存器。
4.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，所述操作数指定存储器位置，并且其中所述转置指令还包括多个元素操作数，所述多个元素操作数指定所指定的存储器位置的多个元素。
5.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，通过所述处理器核的执行群集来执行所述经解码的转置指令的执行。
6.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，通过所述处理器核的高速缓存协处理单元来执行所述经解码的转置指令的执行。
7.一种装置，包括: 硬件解码单元，用于解码转置指令，所述转置指令包括操作数，所述操作数指定向量寄存器或存储器位置；以及 执行引擎单元，用于执行经解码的转置指令，所述转置指令使得所指定的向量寄存器或存储器位置中的每个数据元素以相反的顺序被存储在该指定的向量寄存器或存储器位置中。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述操作数指定向量寄存器，并且其中所述向量寄存器是512位寄存器。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述操作数指定向量寄存器，并且其中所述向量寄存器是256位寄存器。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述操作数指定存储器位置，并且其中所述转置指令还包括多个元素操作数，所述多个元素操作数指定所指定的存储器位置的多个元素。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述执行引擎单元是处理器核的部分。
12.一种制品，包括: 有形的机器可读存储介质，其上存储有转置指令，所述转置指令包括操作数，所述操作数指定向量寄存器或存储器位置； 其中所述转置指令包括操作码，所述操作码指示机器执行所述转置指令，所述转置指令使得所指定的向量寄存器或存储器位置中的每个数据元素以相反的顺序被存储在该指定的向量寄存器或存储器位置中。
13.如权利要求12所述的制品，其特征在于，所述操作数指定向量寄存器，并且其中所述向量寄存器是512位寄存器。
14.如权利要求12所述的制品，其特征在于，所述操作数指定向量寄存器，并且其中所述向量寄存器是256位寄存器。
15.如权利要求12所述的制品，其特征在于，所述操作数指定存储器位置，并且其中所述转置指令还包括多个元素操作数，所述多个元素操作数指定所指定的存储器位置的多个元素。
16.如权利要求12所述的制品，其特征在于，通过处理器核的执行单元来执行所述经解码的转置指令的执行。
17.如权利要求12所述的制品，其特征在于，通过处理器核的高速缓存协处理单元来执行所述经解码的转置指 令的执行。
【文档编号】G06F9/305GK104011672SQ201180075978
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2011年12月30日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】A·杰哈 申请人:英特尔公司