[发明专利]在乱序(OOO)处理器中提供早期指令执行，以及相关设备、方法和计算机可读媒体

说明书

优先权申请案

本申请案主张2014年12月12日申请且标题为“在乱序(OOO)处理器中提供早期指令执行，以及相关设备、方法和计算机可读媒体”的第14/568,637号美国专利申请案的优先权，所述专利申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的技术大体上涉及通过乱序(OOO)处理器来执行指令。

背景技术

乱序(OOO)处理器是能够以由每一指令的输入操作数的可用性确定的次序执行计算机程序指令，而不管所述指令在计算机程序中的出现次序如何的计算机处理器。通过乱序执行指令，OOO处理器可能够充分利用在OOO处理器等待数据存取操作完成时，原本将变为废弃的处理器时钟循环。举例来说，代替于在为较旧的程序指令检索输入数据时必须“停止”(即，有意引入处理延迟)，OOO处理器可继续执行能够立刻执行的最近取到的指令。以此方式，OOO处理器可较有成效地利用处理器时钟循环，从而产生OOO处理器每处理器时钟循环能够处理的指令的数目的增加。

然而，每时钟循环处理的指令的数目增加的程度可受指令之间的相依性的存在限制。举例来说，考虑以下指令序列：

I₁：MOV R₁，0x0000；将值0x0000加载到寄存器R₁中。

I₂：MOVT R₁，0x1000；将值0x10000000加载到寄存器R₁中。

I₃：R₃＝R₁+R₁；将R₁的值与其本身相加，并存储在寄存器R₃中。

I₄：R₄＝存储器[R₃]；将值存储在寄存器R₄中的存储器地址R₃处。

在上述指令序列中，归因于指令I₃接收来自寄存器R₁的值作为输入操作数的事实，指令I₃与指令I₁之间，以及指令I₃与I₂之间存在相依性。因此，指令I₃无法执行，直到指令I₁和I₂两者均已完成为止。类似地，指令I₄无法执行，直到已通过指令I₃计算了寄存器R₃的值之后为止。

一些常规计算机微架构尝试通过提供专用结构来高速缓存特定寄存器值而不等待指令产生寄存器值来执行，来解决指令相依性的问题。一种此类结构是常数高速缓冲存储器，其可维持最近已经加载有立即值的一组寄存器。类似地，其它微架构可提供所述因特尔堆栈引擎的结构，其可实现特定寄存器的早期执行(例如用于堆栈指针更新)。然而，在这两个实例中，高速缓存的寄存器值限于非常受限一组指令所产生的寄存器更新值。

发明内容

详细描述中所揭示的方面包含在乱序(OOO)处理器中提供早期指令执行。还揭示相关设备、方法和计算机可读媒体。在这点上，在一个方面中，提供一种包括早期执行引擎的设备。所述早期执行引擎包含早期寄存器高速缓冲存储器，其在一些方面中是用于高速缓存存储在寄存器中的非推测性立即值的专用结构。在一些方面，所述早期执行引擎还包含早期执行单元，其可用于实施指令的早期执行。所述早期执行引擎接收来自OOO处理器的前端指令管线的传入指令，且确定所述传入指令的输入操作数是否存在于早期寄存器高速缓冲存储器中的条目中。如果是，那么所述早期执行引擎用高速缓存在早期寄存器高速缓冲存储器的条目中的非推测性立即值来取代传入指令的输入操作数。以此方式，可用高速缓存的立即值来代替输入操作数，从而允许执行所述传入指令，而不需要寄存器存取。在一些方面，所述早期执行引擎可进一步确定所述传入指令是否为有早期执行资格的指令(例如早期执行单元所支持的相对简单的算术、逻辑或移位运算)。如果传入指令是有早期执行资格的指令，那么早期执行引擎可使用早期执行单元来执行所述传入指令。所述早期执行引擎接着可将由传入指令的早期执行产生的输出值写入到早期寄存器高速缓冲存储器。在一些方面，接着可用提供到OOO处理器的后端指令管线的传出指令来代替所述传入指令。