[发明专利]超标量处理器中寄存器堆共享读端口的系统、方法和介质

说明书

提供一种超标量处理器中寄存器堆共享读端口的系统、方法和介质，该系统包括：多个执行单元的M个输入端口，M是正整数；寄存器堆的N个读端口，其中，读端口号为x的读端口与输入端口号x至输入端口号(x+M‑N)的输入端口相关联，N和x是正整数，其中1≤x≤N，其中，响应于所述M个输入端口中的一个输入端口需要读端口，则从所述相关联的输入端口中分配未被分配的读端口中读端口号最小的读端口。本方案依靠读端口映射的选择以及发射队列中指令的选择策略达到充分共享读端口的目的，还可以减少寄存器堆的实现面积，降低寄存器堆的功耗，帮助优化寄存器堆的时序。

技术领域

本公开涉及处理器技术领域，且更具体地，涉及超标量处理器中寄存器堆共享读端口的系统和方法和介质。

背景技术

中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)指令中的依赖性包括数据依赖性，结构(资源)依赖性和控制依赖性。数据依赖性主要有三种RAW(Read After Write，写后读依赖)、WAR(Write After Read，读后写依赖)、WAW(Write After Write，写后写依赖)。假设指令j是在指令i后面执行的指令。RAW表示指令i将数据写入寄存器后，指令j才能从这个寄存器读取数据，如果指令j在指令i写入寄存器前尝试读出该寄存器的内容，将得到不正确的数据。WAR表示指令i读出数据后，指令j才能写这个寄存器，如果指令j在指令i读出数据前就写该寄存器，将使得指令i读出的数据不正确。WAW表示指令i将数据写入寄存器后，指令j才能将数据写入这个寄存器，如果指令j在指令i之前写该寄存器，将使得该寄存器的值不是最新值。

在超标量处理器中，指令往往是多发射的，同一指令发射周期内最多能够发射的指令条数取决于发射槽(或指令发射队列)的宽度。超标量处理器为了实现指令级并行，使用动态调度的方法。在指令的顺序执行过程中，除了发射槽的宽度之外，指令之间存在的数据依赖性成为了制约最大限度的指令级并行的重要因素。在超标量处理器的体系结构设计中多采用流水线技术，实现指令级的并行后，检测相邻流水级的各组指令之间是否存在数据依赖性也是确保程序能够正确执行，动态调度指令的关键。

在超标量处理器设计中，由于WAW和WAR的假依赖性存在，阻碍了对程序的并行性的提高，因此引入了寄存器重命名(register rename)技术将这些假依赖性消除，已进一步提高程序的并行性。

仍然需要在超标量处理器设计中提高资源利用率。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供一种超标量处理器中寄存器堆共享读端口的系统，包括：多个执行单元的M个输入端口，M是正整数；寄存器堆的N个读端口，其中，读端口号为x的读端口与输入端口号x至输入端口号(x+M-N)的输入端口相关联，N和x是正整数，其中1≤x≤N，其中，响应于M个输入端口中的一个输入端口需要读端口，则从相关联的输入端口中分配未被分配的读端口中读端口号最小的读端口。

在一个实施例中，在第一指令发射周期中，以输入端口号的第一优先级顺序来为输入端口分配读端口，在与第一指令发射周期相邻的第二指令发射周期中，以输入端口号的与第一优先级顺序不同的第二优先级顺序来为输入端口分配读端口。

在一个实施例中，第一优先级顺序是从输入端口号1为最高优先级到输入端口号N为最低优先级的顺序，第二优先级顺序是从输入端口号N为最高优先级到输入端口号1为最低优先级的顺序。

在一个实施例中，在第一指令发射周期中、一个输入端口号的优先级与在第二指令发射周期中、输入端口号的优先级不同。

在一个实施例中，在一个指令发射周期中、需要读端口的输入端口的输入端口号的优先级与输入端口多长时间未被分配读端口相关。

在一个实施例中，在M个输入端口需要的读端口的数量小于或等于N的情况下，则在一个指令发射周期内，为所有输入端口分配读端口。