Реклама

Наш канал:

Таненбаум Э.- Архитектура компьютера. стр.241

Чтобы обойти эти проблемы и достичь оптимальной производительности, некоторые процессоры пропускают взаимозависимые команды и переходят к следующим (независимым) командам. Естественно, что при этом алгоритм распределения команд должен давать такой же результат, как если бы все команды выполнялись в том порядке, в котором они написаны. А теперь продемонстрируем на конкретном примере, как происходит переупорядочение команд.

Чтобы изложить суть проблемы, начнем с машины, которая запускает команды в том порядке, в котором они расположены в программе, и требует, чтобы выполнение команд также завершалось в порядке, соответствующем программному. Важность второго требования прояснится позднее.

Наша машина содержит 8 доступных программисту регистров, от R0 до R7. Все арифметические команды используют три регистра: два для операндов и один для результата, как и в микроархитектуре Mic-4. Мы предполагаем, что, если команда декодируется в цикле п, выполнение начинается в цикле п + 1. В случае простой команды, например команды сложения или вычитания, запись обратно в выходной регистр происходит в конце цикла п + 2. В случае с более сложной командой, например командой умножения, запись в регистр происходит в конце цикла /2 + 3. Чтобы сделать наш пример реалистичным, мы позволим блоку декодирования выдавать до двух команд за цикл. Некоторые суперскалярные процессоры могут генерировать 4 или даже 6 команд за цикл.

Последовательность выполнения команд иллюстрирует табл. 4.11. В первом столбце приводится номер цикла, во втором — номер команды, в третьем — сама команда. В четвертом столбце показаны выданные команды (максимум две команды за цикл). Цифры в пятом столбце сообщают, какие команды завершены. Помните, что в нашем примере мы требуем, чтобы команды и запускались, и завершались в строго определенном порядке, поэтому выдача команды k + 1 может произойти только после выдачи команды а результат команды k + 1 не может быть записан в выходной регистр до того, как завершится команда k. Оставшиеся 16 столбцов мы обсудим позже.

После декодирования команды блок декодирования должен определить, запускать команду сразу или нет. Для этого блок декодирования должен знать состояние всех регистров. Если, например, текущей команде требуется регистр, значение которого еще не подсчитано, текущая команда не выдается, и центральный процессор вынужден простаивать.

Следить за состоянием регистров призвано специальное устройство — счетчик обращений (scoreboard), впервые появившийся в системе CDC 6600. Для каждого регистра счетчик обращений содержит небольшую схему, которая подсчитывает, сколько раз этот регистр используется выполняющимися командами в качестве источника. Если одновременно может выполняться максимум 15 команд, будет достаточно 4-разрядного счетчика. Когда запускается команда, элементы счетчика обращений, соответствующие регистрам операндов, увеличиваются на 1. Когда выполнение команды завершено, соответствующие элементы счетчика уменьшаются на 1.

Счетчик обращений содержит аналогичные схемы подсчета для целевых регистров. Поскольку допускается только одна запись за раз, эти схемы могут быть размером в один бит. Правые 16 столбцов в табл. 4.11 демонстрируют показания счетчика обращений.