Переупорядочивание команд

Порядок выдачи команд на исполнение может отличаться от порядка, Предписанного программой. Поэтому необходимо обеспечить команды корректными операндами и правильную последовательность занесения результатов в регистры АРФ. Частично это решается за счет переименования регистров, а также путем переупорядочивания команд.

В основе переупорядочивания команд лежит использование окна команд, т.е. буферной памяти, куда помещаются все команды, прошедшие декодирование. Окно команд обеспечивает отсрочку передачи команд на исполнение до момента готовности операндов, а также нужную очередность завершения команд и загрузки их результатов в регистры АРФ. Окно команд может быть двух видов: централизованное и распределенное.

Централизованное окно команд реализуется в виде табло (scoreboard). Табло представляет собой буферное запоминающее устройство, в котором хранится несколько последних извлеченных из памяти и декодированных команд, а также информация, необходимая для исполнения этих команд. Функциями табло является выявление команд, для исполнения которых уже доступны все необходимые операнды и ресурсы, и выдача таких команд на исполнение в соответствующие функциональные блоки. Табло можно рассматривать как систему предварительной диспетчеризации команд, наделенную функциями контроля выполнения команд.

Все извлеченные из памяти команды после их декодирования и переименования регистров записываются в табло, с соблюдением порядка их следования в программе. Физически табло реализуется на основе ассоциативной памяти, в которой каждая команда занимает одну ячейку, состоящую из следующих полей:

1. поля операции, в которое записан дешифрированный код операции;

2. двух полей операндов, где размещаются сами операнды, если они уже известны, либо адреса регистров и ячеек памяти, откуда эти операнды могут быть прочитаны;

3. поля результата, где размещается адрес (номер) регистра или ячейки памяти, куда должен быть записан результат выполнения данной команды;

4. поля битов достоверности (ЗD);

5. поля доступности функциональных блоков.

Табло работает совместно с буфером переименования (БУП). Каждая команда программы после декодирования и переименования регистров записывается в свободную ячейку табло. Дешифрированный код операции команды помещается в поле операции. Если результат выполнения команды должен быть записан в регистр, то в поле результата табло записывается номер ячейки БУП, в которой находится последняя ссылка на данный регистр. После этого заполняются остальные поля табло. Процессор производит поиск операндов сначала в аппаратном регистровом файле (АРФ). Если бит достоверности (ЗD) регистра операнда в АРФ установлен в 0, то это значит, что операнда нет в АРФ, и его следует искать в БУП. Для нахождения операнда в БУП, выполняется операции ассоциативного поиска ячейки БУП, которая в поле RGr содержит номер искомого логического регистра. Если такая ячейка найдена в БУП, то проверяются значения битов достоверности ЗD и последнего переименования ПП. При единичном значении этих битов, т.е. при ЗD=ПП=1, требуемое значение операнда выбирается из буфера переименования БУП и записывается в поле операнда табло. Поле достоверности ЗD, соответствующее найденному операнду в табло при этом устанавливается в единицу.

Если значение искомого операнда еще не вычислено, то в поле операнда табло записывается номер ячейки БУП, в которой находится последняя ссылка на искомый регистр. При этом бит достоверности ЗD буфера переименования сбрасывается в ноль. Информация о готовности операндов и доступности функциональных блоков обновляется в каждом цикле процессора.

Команда выбирается из табло и передается на исполнение после того, как будут заполнены поля операндов команды в табло, а необходимый для исполнения команды функциональный блок ФБ свободен. После того, как команда выполнена в ФБ, ее результат записывается в ту ячейку БУП, на которую указывает поле результата табло. Одновременно, полученный результат записывается в поле операнда тех команд табло, которые в поле операнда содержат ссылку на ячейку БУП, в которую только что был записан результат выполнения команды. При записи полученного результата в табло значение бита достоверности ЗD, соответствующего записанному результату, устанавливается в единицу. После этого выполненная команда удаляется из табло, уступая место новой команде программы. Удаление команды из табло является основанием для перезаписи полученного результата из БУП в регистр АРФ, после чего соответствующая запись удаляется из БУП.

Дата добавления: 2013-12-12