[發明專利]一種實現讀指令執行的方法及裝置

有效

• 申請號: 201110321857.X
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102364431A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 程旭;張栚滈;王簫音;佟冬;易江芳;陸俊林;王克義
• 申請（專利權）人: 北京北大眾志微系統科技有限責任公司
• 主分類號: G06F9/30
• 分類號: G06F9/30
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 栗若木;王漪

技術領域

本發明涉及現代微處理器及其應用系統的設計，尤其涉及超標量處理器 實現讀指令執行的方法及裝置。

背景技術

隨著集成電路制造工藝的飛速發展，處理器與存儲器之間的性能差距逐 漸拉大，從而使得訪存延遲，尤其是讀指令訪存延遲，逐漸成為現代超標量 處理器性能提升的主要瓶頸。在傳統超標量處理器中，通過訪存指令之間數 據前遞(Forwarding)完成的讀指令僅占所有讀指令的15％，通常它們訪存 所占用的時間在一個處理器時鐘周期內；其它讀指令均通過訪問一級(最靠 近處理器的高速數據緩存級)或者更低一級高速數據緩存來得到所需數據。 這些高速數據緩存的訪問時間均會超過一個處理器時鐘周期，而且隨著線延 遲的不斷增加，這些高速數據緩存的訪問時間將進一步增加。

現有的讀指令重執行技術(LRE，Load?Re-Execution)是一種典型的針 對讀指令隊列(Load?Queue)的優化技術，它消除了讀指令隊列的相聯查找 邏輯所面臨的麻煩。該技術完全依靠讀指令在按序提交前的重執行來保證單 處理器和多處理器的存儲順序要求，因此只需要使用簡單的先進先出隊列 (FIFO)保存讀指令的相關信息。讀指令的這兩次執行分別稱為預讀 (premature?load)和重讀(replay?load)。當兩次執行結果相同時，存儲相關 被正確地保持；否則意味著發生了存儲順序違例或存儲同一性違例，需要采 取恢復措施。該技術將復雜度從流水線中的時序關鍵部件轉移到流水線后端， 故解決了復雜度處于流水線中時序關鍵部件所面臨的諸多問題。

過多的讀指令重執行會帶來嚴重的性能損失。通過基于寫指令序列 Bloom過濾器(SSBF，Store?Sequence?Bloom?Filter)的讀指令重執行過濾技 術，可以有效地降低需要重新執行的Load指令數目。該技術通過SSBF追蹤 所有最近提交(commit)的寫指令序列號(SSN，Store?Sequence?Number， 亦可稱寫指令順序標識)來判斷讀指令是否需要重執行，亦即當執行一條讀 指令時，通過訪問SSBF獲取最近提交的具有與該讀指令相同訪存地址的 SSN，記為SSNnvul，當提交該讀指令時，該讀指令將再次訪問SSBF并得 到SSNfilter，并判斷SSNnvul是否小于SSNfilter，如果不小于，則說明該讀 指令執行時得到的數據不正確，需要重新執行讀指令。

讀指令重執行的關鍵在于，在讀指令的兩次執行中，重執行將保證該指 令執行的正確性，因此第一次執行完全可以進行推測式或者預測式執行，甚 至不執行，從而為優化讀指令執行階段的性能同時簡化實現結構帶來了可能。

由此，為了進一步提高讀指令的執行性能，需要提供一種通過推測式的 大范圍訪存數據前遞實現讀指令執行的方法及裝置，使得讀指令執行性能得 到優化及結構得到簡化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種實現讀指令執行的方法及裝置， 能夠實現讀指令執行性能的優化。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種實現讀指令執行的方法，其 特征在于，包括：

在寫指令的執行階段，采用多路組相聯的活躍寫指令窗口的組內相應的 路記錄寫指令的信息，并將該組的所有路中最舊的寫指令記錄替換出。

進一步地，該方法還包括：

在寫指令進入過濾流水級時，采用多路組相聯的寫指令序列Bloom過濾 器中相應的組內相應的路記錄寫指令的信息，并將該組的所有路中最舊的寫 指令記錄替換出。

進一步地，

多路組相聯的活躍寫指令窗口的組內相應的路記錄的所述寫指令的信息 至少包含：寫指令順序標識、地址標簽以及寫數據；多路組相聯的寫指令序 列Bloom過濾器的組內相應的路記錄的寫指令的信息至少包含：寫指令順序 標識及地址標簽。

進一步地，在寫指令的執行階段之前還包括：

為每個寫指令分配一個計數器，作為寫指令唯一的順序標識；當寫指令 進入指令重命名流水級時，將相應的計數器當前的計數值賦值給該寫指令的 寫指令順序標識，并將該計數器加一單位增量。

進一步地，采用多路組相聯的活躍寫指令窗口的組內相應的路記錄寫指 令的信息，并將該組的所有路中最舊的寫指令記錄替換出，具體包括：