用以改善在處理器中重新執(zhí)行加載的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明主要涉及一微電子領(lǐng)域的技術(shù)，特別涉及改善在一亂序(out-of-order)處理器中重新執(zhí)行加載的一節(jié)能機(jī)制。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)體裝置技術(shù)在過(guò)去四十年迅速地發(fā)展。尤其在微處理器的發(fā)展，從4位、單一指令、10微米裝置開(kāi)始，隨著半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，使得設(shè)計(jì)者能夠設(shè)計(jì)出在架構(gòu)和密度越來(lái)越復(fù)雜的裝置。在80和90年代所謂的管線(流水線)微處理器(pipe linemicroprocessor)和超標(biāo)量處理器(superscalar)，發(fā)展成可在單一芯片上包含百萬(wàn)顆晶體管。20年后的現(xiàn)今，64位、32-納米裝置已被量產(chǎn)，其在單一芯片上具有十億顆晶體管，且包含多個(gè)微處理器內(nèi)核(microprocessor core)來(lái)處理數(shù)據(jù)。
[0003]除了指令并行應(yīng)用在現(xiàn)今的多內(nèi)核處理器(mult1-coreprocessor)，亂序執(zhí)行(out-of-order execut1n)機(jī)制也被廣泛的使用。根據(jù)亂序執(zhí)行規(guī)則，指令以隊(duì)列的方式存儲(chǔ)在保留站(reservat1n stat1n)以供執(zhí)行單元來(lái)執(zhí)行，且只有因?yàn)槭桥f指令(olderinstruct1n)的執(zhí)行，而在等候操作數(shù)(operand)的那些指令，才會(huì)被攔截到保留站，沒(méi)有在等候操作數(shù)的指令則會(huì)直接被派送去執(zhí)行。接下來(lái)，執(zhí)行的結(jié)果會(huì)被依適當(dāng)?shù)捻樞蛞躁?duì)列的方式排列并放回寄存器。傳統(tǒng)上在處理器階段(processor stage)，會(huì)被稱為收回狀態(tài)(retire state)。因此，指令并未依照原先程序的順序來(lái)執(zhí)行。
[0004]因?yàn)槌嗽陂e置的狀態(tài)，執(zhí)行單元可用以當(dāng)舊的指令在等候其操作數(shù)時(shí)，執(zhí)行新的指令(younger instruct1n)，因此亂序執(zhí)行改善了龐大流量的問(wèn)題。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，指令不會(huì)總是成功地執(zhí)行，因此當(dāng)給定的指令無(wú)法成功地執(zhí)行時(shí)，那個(gè)指令和其它新的指令就必須被重新執(zhí)行。因?yàn)槟壳暗臋C(jī)制，處理器會(huì)停止目前的執(zhí)行，退回機(jī)器狀態(tài)(machine state)至無(wú)法成功執(zhí)行指令之前的時(shí)間點(diǎn)，且重新執(zhí)行未成功執(zhí)行的指令和在未成功執(zhí)行的指令被派送前已派送或未派送的所有新的指令，因此這樣的概念被稱為“重新執(zhí)行(replay)”。
[0005]然而，重新執(zhí)行是一異常情況(except1nal case)，且重新執(zhí)行的性能影響通常是可忽略的。然而，緩存在保留站直到獲得其操作數(shù)的緩存指令的性能影響則很大，微處理器的設(shè)計(jì)者已發(fā)展了加速技術(shù)，以允許當(dāng)在執(zhí)行前，有很高的可能性可取得指令的操作數(shù)時(shí)，特定的指令會(huì)先被派送。不僅特定的指令會(huì)被派送，運(yùn)行的機(jī)制可適當(dāng)?shù)丶皶r(shí)提供這些指令所需的操作數(shù)。
[0006]在這應(yīng)用中提出了一種加速技術(shù)，在此加速技術(shù)中，在其執(zhí)行會(huì)導(dǎo)致從高速緩存查詢操作數(shù)的加載指令被派送后，需要被假設(shè)有很高的機(jī)率存在在內(nèi)核(全文中的“內(nèi)核”又稱之為“核心”)上的高速緩存的操作數(shù)的新的指令，會(huì)根據(jù)規(guī)定的數(shù)量的時(shí)鐘周期被派送。因此，當(dāng)加載指令被派送時(shí)，多個(gè)在等待操作數(shù)的新指令會(huì)被安置在各自的保留站中，直到所規(guī)定的數(shù)量的時(shí)鐘周期結(jié)束，然后新指令會(huì)被派送，以進(jìn)行具有高確定性的執(zhí)行，也就是新指令將可取得其所需的操作數(shù)。
[0007]使用上述所提到的加速技術(shù)所產(chǎn)生的性能改善是顯著的，所以微處理器的設(shè)計(jì)者傳統(tǒng)上會(huì)全面地應(yīng)用此技術(shù)在所有加載指令(例如:來(lái)自輸入/輸出的加載、不可高速緩存的加載(uncacheable loads)、來(lái)自中斷寄存器(interrupt register)的加載、特定加載(special loads)等)，盡管當(dāng)有許多加載指令時(shí)確實(shí)會(huì)花費(fèi)比制訂周期還要長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)取得其操作數(shù)，因此在預(yù)期可獲得操作數(shù)的情況下，需要重新執(zhí)行所有被派送的新指令。使用上述的加速技術(shù)所產(chǎn)生的性能改善大大補(bǔ)償了，不常發(fā)生的重新執(zhí)行所導(dǎo)致的性能損失。
[0008]但是隨著多內(nèi)核處理器技術(shù)持續(xù)的進(jìn)步，設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)了很少被存取的特定處理器資源，例如:層級(jí)2高速緩存(level 2(L2)cache)、中斷控制器(interrupt controller)、恪絲陣列(fuse array)等，比較適合配置在多內(nèi)核處理器芯片上共有的區(qū)域，而不是復(fù)制(replicate)到每一內(nèi)核中。因此，像是上面所提到的資源，會(huì)被處理器內(nèi)核所共享。如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，從不在內(nèi)核的資源(off-core resource)(例如:恪絲陣列)中加載操作數(shù)所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)比從在內(nèi)核的資源(on-core resource)(例如:層級(jí)I高速緩存(Llcache))中加載還要長(zhǎng)。此外，縱使根據(jù)上述加速技術(shù)需要重新執(zhí)行被派送的新指令所導(dǎo)致的性能損失并不大，但目前的發(fā)明人員發(fā)現(xiàn)到，其對(duì)電源使用的影響是值得注意的，對(duì)于龐大數(shù)量的指令在上述條件下被執(zhí)行時(shí)，指令幾乎都會(huì)被重新執(zhí)行。此外，這些指令的起始執(zhí)行(initial execut1n)本質(zhì)上其實(shí)是浪費(fèi)電源的，因此，這樣的情況對(duì)于電池壽命(battery life)、熱輪廓(thermal profile)和可靠度(reliability)而言是不利的。
[0009]因此，能夠經(jīng)由改善重新執(zhí)行的所需次數(shù)以節(jié)省處理器操作時(shí)所花費(fèi)的電源的設(shè)備和方法是需要的。
[0010]此外，在一亂序處理器中，為了節(jié)省處理器的電源，降低附載重新加載的機(jī)制是需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題、缺點(diǎn)和限制，本發(fā)明提供了用以改善在一處理器重新執(zhí)行加載的裝置和方法。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例提供了一種用以改善在亂序處理器重新執(zhí)行加載的裝置。上述裝置包括了第一保留站以及第二保留站。所述第一保留站用以派送第一加載微指令，以及若所述第一加載微指令是指示從多個(gè)規(guī)定的資源的其中一個(gè)而非從內(nèi)核上的高速緩存上提取操作數(shù)的規(guī)定的加載微指令，用以在保留總線進(jìn)行檢測(cè)和指示。所述第二保留站耦接至所述保留總線，且在所述第一加載微指令派送后的第一數(shù)量的時(shí)鐘周期之后，用以派送和所述第一加載微指令相依的一或多個(gè)新的微指令以進(jìn)行執(zhí)行，以及若在所述保留總線上指示了，所述第一加載微指令是所述規(guī)定的加載微指令，所述第二保留站用以緩存所述一或多個(gè)新的微指令的派送，直到所述第一加載微指令取得所述操作數(shù)。所述多個(gè)規(guī)定的資源包括經(jīng)由存儲(chǔ)器總線耦接至所述亂序處理器的系統(tǒng)存儲(chǔ)器。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一種用以改善重新執(zhí)行加載的裝置。所述裝置包括具有多個(gè)內(nèi)核的多內(nèi)核處理器。每一所述多個(gè)內(nèi)核包括第一保留站，以及第二保留站。所述第一保留站用以派送第一加載微指令，以及若所述第一加載微指令是指示從多個(gè)規(guī)定的資源的其中一個(gè)而非從內(nèi)核上的高速緩存上提取一操作數(shù)的規(guī)定的加載微指令，用以在保留總線進(jìn)行檢測(cè)和指示。所述第二保留站耦接至所述保留總線，且在所述第一加載微指令派送后的第一數(shù)量的時(shí)鐘周期之后，用以派送和所述第一加載微指令相依的一或多個(gè)新的微指令以進(jìn)行執(zhí)行，以及若在所述保留總線上指示了，所述第一加載微指令是所述規(guī)定的加載微指令，所述第二保留站用以緩存所述一或多個(gè)新的微指令的派送，直到所述第一加載微指令取得所述操作數(shù)。所述多個(gè)規(guī)定的資源包括經(jīng)由存儲(chǔ)器總線耦接至所述亂序處理器的系統(tǒng)存儲(chǔ)器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種用以改善在亂序處理器重新執(zhí)行加載的方法。所述方法的步驟包括:耦接所述亂序處理器至多個(gè)規(guī)定的資源，所述多個(gè)規(guī)定的資源包括經(jīng)由存儲(chǔ)器總線被存取的系統(tǒng)存儲(chǔ)器;經(jīng)由第一保留站派送第一加載微指令，以及若所述第一加載微指令是指示從多個(gè)規(guī)定的資源的其中一個(gè)而非從內(nèi)核上的高速緩存上提取操作數(shù)的規(guī)定的加載微指令，在保留總線進(jìn)行檢測(cè)和指示；以及經(jīng)由耦接至所述保留總線的第二保留站，在所述第一加載微指令派送后的第一數(shù)量的時(shí)鐘周期之后，用以派送和所述第一加載微指令相依的一或多個(gè)新的微指令以進(jìn)行執(zhí)行，以及若在所述保留總線上指示了，所述第一加載微指令是所述規(guī)定的加載微指令，緩存所述一或多個(gè)新的微指令的派送，直到所述第一加載微指令取得所述操作數(shù)。
[0015]關(guān)于本發(fā)明其它附加的特征與優(yōu)點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施方法中所公開(kāi)的執(zhí)行聯(lián)系程序的用戶裝置、系統(tǒng)、以及方法，做些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾而得到。關(guān)于產(chǎn)業(yè)利用性，本發(fā)明可應(yīng)用在一般目的或特別目的的運(yùn)算裝置中使用的微處理器。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為顯示目前使用配置在每一內(nèi)核101外部的共享資源的多內(nèi)核處理器的方塊圖 100;
[0017]圖2為顯示在圖1中每一當(dāng)前的內(nèi)核101中例示性的核層(corestage)的方塊圖200；
[0018]圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的對(duì)于來(lái)自非內(nèi)核資源的加載具有一節(jié)能機(jī)制的多內(nèi)核處理器的區(qū)塊圖300;
[0019]圖4為顯示在圖3中每一內(nèi)核301中例示性的核層(corestage)的方塊圖400;
[0020]圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的圖4的非內(nèi)核緩存組件461的區(qū)塊圖500;
[0021]圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的圖4的每一保留站RSl-RSN的方塊圖600;
[0022]圖7為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的圖4的非內(nèi)核未命中組件462的方塊圖700。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下描述本發(fā)明的示例性和說(shuō)明性的實(shí)施例。為了清楚起見(jiàn)，在該說(shuō)明書(shū)中沒(méi)有對(duì)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的所有功能進(jìn)行描述，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將會(huì)理解的是，在對(duì)于任何該實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)中，可以進(jìn)行許多實(shí)施方案特定的決定，以實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的約束，其可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)方案而不同。此外，應(yīng)該理解的是，該開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗時(shí)的，但是對(duì)于受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言其仍然是例行的任務(wù)。優(yōu)選實(shí)施例的各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，并且本文中所界定的一般原理可應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明并不限于這里示出和描述的具體實(shí)施例，而是應(yīng)被賦予與這里所公開(kāi)的原理和新穎特征相一致的最廣范圍。
[0024]本發(fā)明將參考附圖進(jìn)行說(shuō)明。在附圖中示意性地示出的各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、和設(shè)備僅僅是出于解釋的目的，以便使其不以本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的細(xì)節(jié)來(lái)模糊了本發(fā)明。然而，包括附圖來(lái)描述和解釋本發(fā)明的說(shuō)明性示例。應(yīng)該理解的是，在此所用的字匯和詞組應(yīng)該被理解和解釋為具有與現(xiàn)有技術(shù)的本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)于這些字匯和詞組的理解一致的含義。在此，術(shù)語(yǔ)或者短語(yǔ)的特定定義，(即不同于本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的常規(guī)和習(xí)慣意思的定義)沒(méi)有通過(guò)術(shù)語(yǔ)或者短語(yǔ)的一貫的使用來(lái)暗示。對(duì)于用以具有特定含義(即具有不同于本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的含義)的術(shù)語(yǔ)或短語(yǔ)，將以直接和毫不含