[发明专利]用于在超标量处理机系统中索引中间存储器缓冲区的指定的方法和系统

说明书

本发明总地来说涉及改进的数据处理系统，特别是用于在超标量处理机系统中提高指令调度效率的方法和系统。更具体地说，本发明涉及用于在超标量处理机系统中索引中间存储器缓冲区的指定的方法和系统。

现代先有技术处理系统的设计者一直在试图提高这类系统的各种性能。用于提高数据处理效率的一种技术方案是实现短的周期时间和低的周期/指令率(CPI)。将这些技术应用于提高效率的数据处理系统的一个良好实例是国际商业机器公司RISC系统/600(RS/6000)计算机。RS/6000系统是设计用于在数字密集和工程和科学应用中以及在多用户的商业场合能够良好地运行。RS/6000处理机使用了一种超标量执行过程，这就意味着同时发出和执行多条指令。

多条指令的同时发出和执行需要能够用高的指令带宽同时执行的独立功能部件。通过采用分离转移处理部件、定点处理部件和浮点处理部件，这些部件实质上是流水线式的，RS/6000系统实现了上述的要求。鉴于这种系统中处理机的流水线式的性质，必须注意确保：在调度后继指令之前，就要从对执行后继指令所必要的特定指令中得到一个结果。确保这种所谓“数据相关性危险”不会发生的一种技术方案是直到所有先前指令都已经被调度的时间为止，对特定指令调度进行限制。虽然这种技术能够确保不会发生数据相关性危险，但是采用这种技术导致的性能损失也是显著的。

因此，现代超标量数据处理系统通常采用所谓“数据相关性互锁电路”。这种电路包括与指令调度电路一齐操作的逻辑电路，以便确保：直到从对正确执行某条指令所必要的先前指令的已经得到结果的时间之前，不调度该指令。实现数据相关性互锁电路所需的逻辑电路的数量与每条指令中源操作数的数量成正比。源操作数是指令中的一个字段，它被用来在寄存器堆中存取操作数，以便在该指令的执行中使用。

虽然数据相关性互锁电路能使数据相关性危险得以避免，并且不会导致上述显著的性能损失，但是对于包含较大量源操作数和目的操作数的指令，设计和实现数据相关性互锁电路变得非常复杂。相关性互锁禁止相关指令的调度，这些相关指令阻止其后的指令输入调度器，进行调度和执行，而其后的指令可能是无关的和可执行的。

通过采用称为“寄存器重新命名”(register renaming)的方法，也已经论述了在单一的处理器周期中同时执行多条指令发生的数据相关性危险问题。寄存器重新命名是一种技术方案，用于在来自指令的最终结果被置放在寄存器堆中之前，暂时将特定指令的结果置放到寄存器中，以便可能由在后的指令使用。寄存器重新命名一般通过提供具有附加存储单元的寄存器堆阵列和指针装置来实现，该指针装置用于标识已经被指定给逻辑寄存器的特定物理寄存器。选择的现有技术方法也采用多个寄存器堆阵列，以便对数据提供许多“读出”端口，或者在例外的情况下提供备份，用于保存先前的结果。虽然这种技术为在其他情况下可能必须串行执行的指令提供了同时调度和执行多条指令的能力，但是采用这种技术随着将指令调度到执行部件仍然存在问题。因为调度部件或执行部件一般必须通过查寻表或指针系统完成复杂的读操作，以便确定什么时候暂存寄存器包含执行某条指令所需的数据，所以该指令为了执行而使用特定数据或操作数的要求，一般已经使得在一个单一处理器周期中不可能将指令和相关的数据调度到执行部件。

此外，某些系统可以在单一处理器周期中多于一次地重新命名寄存器。因此在那些为了寄存器重新命名而使用查寻表的系统中，必须有大容量的查寻表，以便能够确定为特定寄存器最新指定的重新命名缓冲器。

因此将能明显地看出，通过允许数据或操作数与指令一起迅速地被调度，存在着对一种方法和系统的需要，它允许在超标量处理机系统中在单一处理机周期内进行指令调度。

本发明的一个目的是提供一种改进的数据处理系统。

本发明的另一个目的是提供一种用于在超标量处理机系统中提高指令调度效率的改进的方法和系统。

本发明还有另一个目的是提供一种用于在超标量处理机系统中索引中间存储器缓冲区的指定的方法和系统。