教程 - Bergamot 超标量处理器设计

📄️ 从单流水到多流水

多周期单流水处理器

超标量处理器的定义为在一个周期可以执行并完成多条指令的处理器, 即指令的最大吞吐量大于 1 指令/周期.

为什么需要寄存器重命名

上一章我们简单介绍了一条指令是如何获取它的源寄存器的值的, 其中提到了一种重要的方式, 即数据广播.

在前章, 我们介绍了 Bergamot 的数据广播架构, 其中引入了指令暂存队列的概念. 在本章, 我们重点关注于指令暂存队列的指令调度算法.

为了充分利用流水线架构, 我们想让更多的指令进入流水线, 这需要让一些指令提前进入流水线, 但分支指令的存在, 选择要进入流水线的指令就变得更加困难, 因此我们就必须使用分支预测.

分支预测的结果和执行的结果一致是我们所希望的, 但也总有预测失败的情况. 当分支预测失败的时候, 我们需要恢复处理器核心到这条预测失败的分支之前, 该过程称为分支恢复 .

总线是处理器和外界进行 I/O 通讯的主要办法, 缓存用以改善处理器的 I/O 性能.

现在我们来到处理器的最前端, 指令预取.

发射与执行是处理器核心的执行部件. 发射是指将译码并且经过重命名后的指令发射到执行流水线各自的指令暂存队列中, 执行是将在指令暂存队列中, 源数据已经准备好的指令进行调度, 放到执行流水线中执行指令.

通过前几节的学习, 你已经掌握了设计一个现代超标量处理器的设计思路精髓. 现在, 我们把它们拼接起来, Bergamot 架构就诞生了.