一種訪存指令的執(zhí)行方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)披露了一種訪存指令的執(zhí)行方法，包括：訪存指令在前端亂序執(zhí)行階段用訪存數(shù)據(jù)前遞裝置記錄寫(xiě)指令包括的年齡信息及數(shù)據(jù)，并在執(zhí)行讀指令時(shí)，通過(guò)訪問(wèn)該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置獲得相關(guān)寫(xiě)指令的數(shù)據(jù)作為讀指令前遞的數(shù)據(jù)。本發(fā)明專利技術(shù)在讀指令重執(zhí)行及過(guò)濾的基礎(chǔ)上提供了地址標(biāo)識(shí)技術(shù)這一新機(jī)制，并采用實(shí)現(xiàn)讀指令重執(zhí)行的過(guò)濾裝置，實(shí)現(xiàn)推測(cè)式的快速訪存相關(guān)檢測(cè)，同時(shí)采用讀指令重執(zhí)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)訪存相關(guān)違例檢測(cè)，通過(guò)快速的推測(cè)式訪存數(shù)據(jù)前遞來(lái)減少讀指令的執(zhí)行延遲，從而大大優(yōu)化讀指令執(zhí)行性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及現(xiàn)代超標(biāo)量處理器訪存指令執(zhí)行技術(shù)，尤其涉及基于地址標(biāo)識(shí)的訪存指令執(zhí)行裝置及其方法。
技術(shù)介紹
隨著集成電路制造工藝的飛速發(fā)展，處理器與存儲(chǔ)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，已逐漸成為現(xiàn)代超標(biāo)量處理器性能提升的主要瓶頸。在傳統(tǒng)超標(biāo)量處理器中，通過(guò)訪存指令之間數(shù)據(jù)前遞完成的讀指令，僅占所有讀指令的15%，其他讀指令均要通過(guò)訪問(wèn)一級(jí)或者更低一級(jí)的數(shù)據(jù)緩存來(lái)得到所需數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)緩存的訪問(wèn)時(shí)間均超過(guò)一個(gè)處理器的時(shí)鐘周期，而且隨著線延遲在整個(gè)電路延遲的比例的不斷增加，這些高速數(shù)據(jù)緩存的訪問(wèn)時(shí)間將進(jìn)一步增加。讀指令重執(zhí)行技術(shù)(Load Re-execution)是一種典型的針對(duì)讀指令隊(duì)列(LoadQueue)的優(yōu)化技術(shù)，它消除了會(huì)限制讀指令容量進(jìn)一步提高的相聯(lián)查找邏輯。該技術(shù)完全依靠讀(Load)指令在按序提交前的重執(zhí)行來(lái)保證單處理器和多處理器的存儲(chǔ)順序要求，因此只需要使用簡(jiǎn)單的先入先出隊(duì)列(FIFO)保存Load指令的相關(guān)信息。Load指令的這兩次執(zhí)行分別叫作先讀(premature load)和重讀(replay load)。當(dāng)讀指令兩遍執(zhí)行結(jié)果相同時(shí)，存儲(chǔ)相關(guān)被正確地保持；否則意味著發(fā)生了存儲(chǔ)順序違例或存儲(chǔ)同一性違例，需要采取恢復(fù)措施。該方法將復(fù)雜度從流水線中的時(shí)序關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)移到流水線后端。過(guò)多的讀指令重執(zhí)行會(huì)為處理器帶來(lái)嚴(yán)重的性能損失,基于SSBF(StoreSequenceBloom Filter)的指令重執(zhí)行過(guò)濾技術(shù)可以有效降低需要重新執(zhí)行的Load指令數(shù)目。該技術(shù)通過(guò)SSBF追蹤所有最近提交寫(xiě)指令的SSN (寫(xiě)序列號(hào)，Store Sequence Number)。當(dāng)一條讀指令被執(zhí)行時(shí)，它將得到最近提交的具有相同訪存地址的SSN，記為SSNnvul。當(dāng)該讀指令被提交時(shí)，它將再次訪問(wèn)SSBF并得到SSNfilter，然后判斷SSNnvul是否小于SSNf ilter，如果不小于說(shuō)明該讀指令執(zhí)行時(shí)得到的數(shù)據(jù)不正確，需要重新被執(zhí)行。讀指令重執(zhí)行技術(shù)的關(guān)鍵在于，讀指令的兩次執(zhí)行當(dāng)中，重執(zhí)行將保證指令執(zhí)行的正確性，因此第一次執(zhí)行完全可以進(jìn)行推測(cè)式或者預(yù)測(cè)式執(zhí)行，甚至不執(zhí)行，從而為優(yōu)化讀指令執(zhí)行階段的性能同時(shí)簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)帶來(lái)了可能。因此，需要提供一種基于地址標(biāo)識(shí)的訪存相關(guān)檢測(cè)機(jī)制，能夠基于讀指令重執(zhí)行技術(shù)和指令重執(zhí)行過(guò)濾技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)快速的推測(cè)式訪存數(shù)據(jù)前遞，從而實(shí)現(xiàn)讀指令執(zhí)行性能的優(yōu)化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的推測(cè)式訪存數(shù)據(jù)前遞而優(yōu)化讀指令執(zhí)行性能。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了，包括訪存指令在前端亂序執(zhí)行階段用訪存數(shù)據(jù)前遞裝置記錄寫(xiě)指令包括的年齡信息及數(shù)據(jù)，并在執(zhí)行讀指令時(shí)，通過(guò)訪問(wèn)該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置獲得相關(guān)寫(xiě)指令的數(shù)據(jù)作為讀指令前遞的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置為多路組相聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中每一組每一個(gè)表項(xiàng)的內(nèi)容包括有效位、標(biāo)簽位、年齡信息以及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，訪存指令在前端亂序執(zhí)行階段用訪存數(shù)據(jù)前遞裝置記錄寫(xiě)指令對(duì)應(yīng)的年齡信息及數(shù)據(jù)，具體包括當(dāng)有寫(xiě)指令寫(xiě)入該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置時(shí)，通過(guò)該寫(xiě)指令的地址標(biāo)識(shí)訪問(wèn)訪存數(shù)據(jù)前遞裝置，將該寫(xiě)指令相應(yīng)的有效位、標(biāo)簽位、年齡信息以及數(shù)據(jù)寫(xiě)入所述表項(xiàng)中，并將該裝置同一組的所有表項(xiàng)中年齡最老的表項(xiàng)替換出該結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，在執(zhí)行讀指令時(shí)，通過(guò)訪問(wèn)該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置獲得相關(guān)寫(xiě)指令的數(shù)據(jù)作為讀指令前遞的數(shù)據(jù)，具體包括通過(guò)讀指令的地址標(biāo)識(shí)索引訪存數(shù)據(jù)前遞裝置，并通過(guò)標(biāo)簽比較判斷是否命中其中表項(xiàng)，即該讀指令的地址標(biāo)識(shí)中的標(biāo)簽位等于表項(xiàng)中的標(biāo)簽位；當(dāng)判斷有多個(gè)表項(xiàng)的標(biāo)簽命中時(shí)，則根據(jù)年齡信息選取年齡最小對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)中的寫(xiě)指令年齡作為該讀指令的前遞年齡，且該表項(xiàng)中的數(shù)據(jù)作為該讀指令的前遞數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地,該方法還具體包括若訪問(wèn)訪存數(shù)據(jù)前遞裝置失效，即讀指令的地址標(biāo)識(shí)中的標(biāo)簽位不等于所有表項(xiàng)中的標(biāo)簽位，則繼續(xù)訪問(wèn)重執(zhí)行過(guò)濾裝置，該重執(zhí)行過(guò)濾裝置為多路組相聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中每一組每一個(gè)表項(xiàng)的內(nèi)容包括有效位、標(biāo)簽位以及年齡信息；通過(guò)標(biāo)簽比較判斷是否命中重執(zhí)行過(guò)濾裝置中的表項(xiàng)，當(dāng)判斷重執(zhí)行過(guò)濾裝置中有多個(gè)標(biāo)簽命中時(shí)，選取年齡最小對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)中的寫(xiě)指令年齡作為該讀指令的前遞年齡。進(jìn)一步地，訪存數(shù)據(jù)前遞裝置的中每個(gè)表項(xiàng)的內(nèi)容還包括字節(jié)使能位；生成地址標(biāo)識(shí)的輸入包括地址基址和地址偏移，每一地址基址和每一地址偏移均相應(yīng)地被分為無(wú)效位、標(biāo)簽位、索引位和字節(jié)使能位；其中，地址標(biāo)識(shí)的標(biāo)簽位和索引位均由地址基址和所述地址偏移的對(duì)應(yīng)位異或生成，字節(jié)使能位由地址基址和地址偏移的相應(yīng)部分相加獲得。進(jìn)一步地，該方法還包括訪存指令在后端按序執(zhí)行階段進(jìn)入過(guò)濾裝置流水級(jí)時(shí)，使用重執(zhí)行過(guò)濾裝置過(guò)濾重執(zhí)行的讀指令。進(jìn)一步地，訪存指令在后端按序執(zhí)行階段進(jìn)入過(guò)濾裝置流水級(jí)時(shí)，使用重執(zhí)行過(guò)濾裝置過(guò)濾重執(zhí)行的讀指令，具體包括當(dāng)有寫(xiě)指令訪問(wèn)所述重執(zhí)行過(guò)濾裝置時(shí)，將該寫(xiě)指令對(duì)應(yīng)的有效位、標(biāo)簽位及年齡信息寫(xiě)入相應(yīng)的表項(xiàng)中，并將所有表項(xiàng)中年齡最老的表項(xiàng)替換出該結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地,該方法還具體包括當(dāng)有讀指令訪問(wèn)重執(zhí)行過(guò)濾裝置時(shí)，由該讀指令的地址標(biāo)識(shí)索引重執(zhí)行過(guò)濾裝置，通過(guò)標(biāo)簽比較判斷是否命中其中的表項(xiàng)，當(dāng)判斷有多個(gè)表項(xiàng)的標(biāo)簽命中時(shí)，則根據(jù)年齡信息選取年齡最小對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)中的寫(xiě)指令年齡作為該讀指令的過(guò)濾年齡；判斷該讀指令的前遞年齡是否等于該過(guò)濾年齡，如果不相等則將該讀指令進(jìn)入重執(zhí)行流水級(jí)重新執(zhí)行。進(jìn)一步地,該方法還具體包括在讀指令提交階段，通過(guò)重執(zhí)行讀指令得到正確的訪存數(shù)據(jù)，并將該訪存數(shù)據(jù)與前遞的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷前遞的數(shù)據(jù)是否正確，若判斷該前遞的數(shù)據(jù)不正確，則重新執(zhí)行寫(xiě)指令及其相關(guān)指令。本專利技術(shù)在讀指令重執(zhí)行及過(guò)濾的基礎(chǔ)上，提供了地址標(biāo)識(shí)技術(shù)這一新機(jī)制，并采用實(shí)現(xiàn)讀指令重執(zhí)行的過(guò)濾裝置，實(shí)現(xiàn)推測(cè)式的快速訪存相關(guān)檢測(cè)，同時(shí)采用讀指令重執(zhí)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)訪存相關(guān)違例檢測(cè)，通過(guò)快速的推測(cè)式訪存數(shù)據(jù)前遞來(lái)減少讀指令的執(zhí)行延遲，從而大大優(yōu)化讀指令執(zhí)行性能。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)的訪存指令的執(zhí)行裝置實(shí)施例整體流水線示意圖；圖2為本專利技術(shù)的訪存指令的執(zhí)行裝置實(shí)施例地址標(biāo)識(shí)計(jì)算過(guò)程示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地闡述，應(yīng)該理解，以下列舉的實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本專利技術(shù)，而不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)技術(shù)方案的限制。圖1表示了本專利技術(shù)的訪存指令的執(zhí)行裝置實(shí)施例其整體流水線的結(jié)構(gòu)，由此可看出，所有訪存指令的執(zhí)行分為處于先讀的前端亂序執(zhí)行和處于重讀后端按序執(zhí)行兩個(gè)階段，其中在前端亂序執(zhí)行階段，用訪存數(shù)據(jù)前遞裝置(簡(jiǎn)稱訪存前遞裝置)記錄寫(xiě)指令(Store)對(duì)應(yīng)的年齡及數(shù)據(jù)，并在讀指令(Load)執(zhí)行時(shí)，通過(guò)訪問(wèn)該訪存前遞裝置獲得相關(guān)寫(xiě)指令的數(shù)據(jù)作為讀指令前遞的數(shù)據(jù)。上述訪存前遞裝置的實(shí)施例如圖1所示，為多路組相聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中每一組每個(gè)表項(xiàng)的內(nèi)容包括有效位(V)、標(biāo)簽位(T)、年齡信息(A)以及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)(D)，且該訪存前遞裝置通過(guò)地址標(biāo)識(shí)進(jìn)行訪問(wèn)。當(dāng)有寫(xiě)指令寫(xiě)入該訪存前遞裝置時(shí)，將該寫(xiě)指令相應(yīng)的內(nèi)容寫(xiě)入一表項(xiàng)中，并將該裝置同一組的所有表項(xiàng)中年齡最老的表項(xiàng)替換出該結(jié)構(gòu)。讀指令通過(guò)地址標(biāo)識(shí)索引該訪存前遞裝置，并通過(guò)標(biāo)簽比較判斷是否命中其中的表項(xiàng)，即讀指令地址標(biāo)識(shí)中的標(biāo)簽位等于表項(xiàng)中的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種訪存指令的執(zhí)行方法，其特征在于，包括：訪存指令在前端亂序執(zhí)行階段用訪存數(shù)據(jù)前遞裝置記錄寫(xiě)指令包括的年齡信息及數(shù)據(jù)，并在執(zhí)行讀指令時(shí)，通過(guò)訪問(wèn)該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置獲得相關(guān)寫(xiě)指令的數(shù)據(jù)作為讀指令前遞的數(shù)據(jù)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種訪存指令的執(zhí)行方法，其特征在于，包括 訪存指令在前端亂序執(zhí)行階段用訪存數(shù)據(jù)前遞裝置記錄寫(xiě)指令包括的年齡信息及數(shù)據(jù)，并在執(zhí)行讀指令時(shí)，通過(guò)訪問(wèn)該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置獲得相關(guān)寫(xiě)指令的數(shù)據(jù)作為讀指令前遞的數(shù)據(jù)。2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述訪存數(shù)據(jù)前遞裝置為多路組相聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中每一組每一個(gè)表項(xiàng)的內(nèi)容包括有效位、標(biāo)簽位、年齡信息以及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述訪存指令在前端亂序執(zhí)行階段用訪存數(shù)據(jù)前遞裝置記錄寫(xiě)指令對(duì)應(yīng)的年齡信息及數(shù)據(jù)，具體包括 當(dāng)有寫(xiě)指令寫(xiě)入該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置時(shí)，通過(guò)該寫(xiě)指令的地址標(biāo)識(shí)訪問(wèn)訪存數(shù)據(jù)前遞裝置，將該寫(xiě)指令相應(yīng)的有效位、標(biāo)簽位、年齡信息以及數(shù)據(jù)寫(xiě)入所述表項(xiàng)中，并將該裝置同一組的所有表項(xiàng)中年齡最老的表項(xiàng)替換出該結(jié)構(gòu)。4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述在執(zhí)行讀指令時(shí)，通過(guò)訪問(wèn)該訪存數(shù)據(jù)前遞裝置獲得相關(guān)寫(xiě)指令的數(shù)據(jù)作為讀指令前遞的數(shù)據(jù)，具體包括 通過(guò)所述讀指令的地址標(biāo)識(shí)索引所述訪存數(shù)據(jù)前遞裝置，并通過(guò)所述標(biāo)簽比較判斷是否命中其中所述表項(xiàng)，即該讀指令的地址標(biāo)識(shí)中的標(biāo)簽位等于所述表項(xiàng)中的標(biāo)簽位；當(dāng)判斷有多個(gè)表項(xiàng)的標(biāo)簽命中時(shí)，則根據(jù)所述年齡信息選取年齡最小對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)中的寫(xiě)指令年齡作為該讀指令的前遞年齡，且該表項(xiàng)中的數(shù)據(jù)作為該讀指令的前遞數(shù)據(jù)。5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還具體包括 若訪問(wèn)所述訪存數(shù)據(jù)前遞裝置失效，即所述讀指令的地址標(biāo)識(shí)中的標(biāo)簽位不等于所有表項(xiàng)中的標(biāo)簽位，則繼續(xù)訪問(wèn)重執(zhí)行過(guò)濾裝置，該重執(zhí)行過(guò)濾裝置為多路組相聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中每一組每一個(gè)表項(xiàng)的內(nèi)容包括有效位、標(biāo)簽位以及年齡信息；通過(guò)所述標(biāo)簽比較判斷是否命中所述重執(zhí)行過(guò)濾裝置中的表項(xiàng)，當(dāng)判斷所述重執(zhí)行過(guò)濾裝置中有多個(gè)標(biāo)簽命中時(shí)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程旭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京北大眾志微系統(tǒng)科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：