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本论文主要对数字信号处理器(DSP)的体系结构进行了研究和设计,并对DSP的指令集设计进行了初探性的研究.面向应用于数字多媒体或阵列处理等方面的嵌入式DSP,设计了一种有效的并行体系结构——ISR,并完成了其原型机——ISR-2的系统级设计和指令集扩展.本论文从科研项目——高性能嵌入式定点DSP(ISR-1)的设计与实现中得到了启发.在深入分析数字多媒体和阵列处理的算法并对现有体系结构进行比较的基础上,提出了ISSIMD(可立即伸缩的SIMD;Instant Scalable SIMD)机制与重构计算技术相结合的并行设计技术.并最终在该思想的指导下完成了ISR(Instant-scalable SIMD Reconfigurable DSP)体系结构的设计.ISR体系结构理论意义上的原型机——ISR-1B已经完成设计并基于0.18μmCOMS工艺投片.130MHz下,其16位峰值处理能力达到1 GMACS;32位峰值处理能力达到260 MMACS.其实现及性能评测的结果初步验证了ISR体系结构的有效性.为进一步验证ISR体系结构在数字多媒体和阵列处理应用中的有效性,设计了ISR真正意义上的原型机——ISR-2,并完成了其系统级设计.为了有效的支持ISR-2增加的新功能,本论文对ISR的指令集进行了扩展;并对ISR-2的指令译码器进行了精心设计,提出了一些高效、低功耗的译码技术.包括:相对集中的分布式译码、多模式指令复用、嵌套式的分类译码、类型合并、译码预判、信号合并等技术.要对DSP体系结构的研究进一步深入下去,就必需研究其指令集.本论文在最后对DSP的指令集设计进行了初探性研究,主要讨论指令编码及其压缩的问题.通过分析并比较不同体系结构DSP的指令及编码特点,指出了DSP指令设计的发展趋势;并基于Huffman算法提出了一种最优化DSP指令编码的设计方法.