[理学]Intel现代CPU结构与技术.ppt

Intel 现代CPU 结构与技术 东南大学计算机学院 任国林 Email:renguolin@seu.edu.cn 讲座内容: ◇分布式动态调度CPU基本结构图： 转上页 回下页 加法器 乘/除法器 A1 A2 A3 保留站 M1 M2 译码器 站号 0110 … 0010 0001 取指部件 BIU(←→Cache或主存) 站号 1010 1011 1100 站号 1000 1001 站号 源1值 站号 源2值 控制 站号 源1值 站号 源2值 控制 地址 控制 取数缓冲器FLB 控制 忙位 站号 地址 数据 存数缓冲器SDB 指令队列 公共数据总线CDB F7 … F0 忙位 站号 数据 寄存器FLR FLR总线 取数部件 取数部件 注：采用分布式保留站便于减少保留站-ALU的延迟 回33页 回34页 *指令数据关系→部件关系的实现— 数据产生部件(RS/FLB)：标有站号(指示数据所在位置)， 数据接收/存储部件(RS/SDB/FLR)：设有站号项及忙位. 注：站号项—指示所接收数据的对应数据产生部件 忙 位—=1时，数据项无效(尚未接收[前趋指令未完成]) =0时，数据项可用(已接收[从站号项部件处]) *当前指令译码时的控制器动作— 指令操作：在RS中占用一行(数据就绪时送ALU)； 源操作数：将相应部件的数据项放入RS； 如对应REG忙位=0时，指令所在RS行源1值←对应REG数据项 对应REG忙位=1时，产生了RAW相关 转上页 目的操作数：设置相应接收部件的站号项及忙位。 如对应REG忙位=0时，站号项←指令所在RS站号、忙位←1 对应REG忙位=1时，产生了WAW相关 转19页 转20页 回下页 ◇RAW、WAR、WAW相关的检测及调度准备： *RAW相关的检测及调度准备—(当前指令)译码时 相关存在条件—指令源操作数对应的REG忙位=1时； 调度准备—取REG的站号项到RS中； ↓ └→直接取源头数据(REG重命名) 控制器的动作 └→同时接收CDB(相关专用通路法) *WAR相关的检测与消除—(当前指令)译码时 相关存在条件—指令源操作数对应的REG忙位=0时； 调度准备—取REG的数据项到RS中； └→乱序执行不影响当前指令(WAR相关消除) *WAW相关的检测与消除—译码时 相关存在条件—指令目的操作数对应的REG忙位=1时； 调度准备—REG的站号项←指令对应RS站号(忙位已=1) └→REG只接收最后指令的数据(REG重命名) 转上页 转31页(图) 回下页 三角债中间者还借条 钱落袋为安 再借钱时作废旧借条 ◇动态调度的实现：--派遣次序即执行次序 *乱序派遣实现—RS使操作数已就绪的指令被派遣； *RAW相关后推法实现—RS使操作数未就绪的指令等待。 F1站号项←0001(等待接收[访存有延迟]FLB1的数据) F1忙位项←1(操作未完成、数据不可用) M1源1站号项←0001(直接接收FLB1，REG重命名； 用CDB同时接收，相关专用通路法) M1源2站号项←0010(等待接收FLB2的数据) M2源1值项←F2数据项、源2值项←F3数据项 F4站号项←1001(M2站号，接收M2结果)、F4忙位项←1 I1:F1←(FLB1) I2:F1←(F1)*(FLB2) I3:F4←(F2)*(F3) 指令序列 译码时的控制器动作(调度准备) F1站号项←1000(M1站号，只接收M1结果，REG重命名) F1忙位项←1(操作未完成、数据不可用) RS的调度结果：M2(I3)先于M1(I2)执行(乱序派遣[数据流分析]+后推法) 转31页(图) 转上页 3、推测执行技术 ◇目标：支持多路分支预测技术及数据流分析技术。 ◇思想：①允许用预测方法取指令、并允许乱序执行； ②指令必须按序确认后再写结果。 ◇实现：用R