[发明专利]一种访存指令的执行方法

说明书

技术领域

本发明涉及现代超标量处理器访存指令执行技术，尤其涉及基于地址标识的访存指令执行装置及其方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺的飞速发展，处理器与存储器之间的性能差距逐渐拉大，从而使得访存延迟，尤其是读指令访存延迟，已逐渐成为现代超标量处理器性能提升的主要瓶颈。在传统超标量处理器中，通过访存指令之间数据前递完成的读指令，仅占所有读指令的15％，其他读指令均要通过访问一级或者更低一级的数据缓存来得到所需数据。这些数据缓存的访问时间均超过一个处理器的时钟周期，而且随着线延迟在整个电路延迟的比例的不断增加，这些高速数据缓存的访问时间将进一步增加。

读指令重执行技术（Load Re-execution）是一种典型的针对读指令队列（Load Queue）的优化技术，它消除了会限制读指令容量进一步提高的相联查找逻辑。该技术完全依靠读（Load）指令在按序提交前的重执行来保证单处理器和多处理器的存储顺序要求，因此只需要使用简单的先入先出队列（FIFO）保存Load指令的相关信息。Load指令的这两次执行分别叫作先读（premature load）和重读（replay load）。当读指令两遍执行结果相同时，存储相关被正确地保持；否则意味着发生了存储顺序违例或存储同一性违例，需要采取恢复措施。该方法将复杂度从流水线中的时序关键部件转移到流水线后端。

过多的读指令重执行会为处理器带来严重的性能损失，基于SSBF（StoreSequence Bloom Filter）的指令重执行过滤技术可以有效降低需要重新执行的Load指令数目。该技术通过SSBF追踪所有最近提交写指令的SSN（写序列号，Store Sequence Number）。当一条读指令被执行时，它将得到最近提交的具有相同访存地址的SSN，记为SSNnvul。当该读指令被提交时，它将再次访问SSBF并得到SSNfilter，然后判断SSNnvul是否小于SSNfilter，如果不小于说明该读指令执行时得到的数据不正确，需要重新被执行。

读指令重执行技术的关键在于，读指令的两次执行当中，重执行将保证指令执行的正确性，因此第一次执行完全可以进行推测式或者预测式执行，甚至不执行，从而为优化读指令执行阶段的性能同时简化实现结构带来了可能。

因此，需要提供一种基于地址标识的访存相关检测机制，能够基于读指令重执行技术和指令重执行过滤技术，来实现快速的推测式访存数据前递，从而实现读指令执行性能的优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种访存指令的执行方法，能够实现快速的推测式访存数据前递而优化读指令执行性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种访存指令的执行方法，包括：

访存指令在前端乱序执行阶段用访存数据前递装置记录写指令包括的年龄信息及数据，并在执行读指令时，通过访问该访存数据前递装置获得相关写指令的数据作为读指令前递的数据。

进一步地，该访存数据前递装置为多路组相联结构，其中每一组每一个表项的内容包括有效位、标签位、年龄信息以及对应数据。

进一步地，访存指令在前端乱序执行阶段用访存数据前递装置记录写指令对应的年龄信息及数据，具体包括：

当有写指令写入该访存数据前递装置时，通过该写指令的地址标识访问访存数据前递装置，将该写指令相应的有效位、标签位、年龄信息以及数据写入所述表项中，并将该装置同一组的所有表项中年龄最老的表项替换出该结构。

进一步地，在执行读指令时，通过访问该访存数据前递装置获得相关写指令的数据作为读指令前递的数据，具体包括：

通过读指令的地址标识索引访存数据前递装置，并通过标签比较判断是否命中其中表项，即该读指令的地址标识中的标签位等于表项中的标签位；当判断有多个表项的标签命中时，则根据年龄信息选取年龄最小对应的表项中的写指令年龄作为该读指令的前递年龄，且该表项中的数据作为该读指令的前递数据。

进一步地，该方法还具体包括：

若访问访存数据前递装置失效，即读指令的地址标识中的标签位不等于所有表项中的标签位，则继续访问重执行过滤装置，该重执行过滤装置为多路组相联结构，其中每一组每一个表项的内容包括有效位、标签位以及年龄信息；通过标签比较判断是否命中重执行过滤装置中的表项，当判断重执行过滤装置中有多个标签命中时，选取年龄最小对应的表项中的写指令年龄作为该读指令的前递年龄。

进一步地，