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3.5 动态调度的例子与算法

发布时间 2023-11-23 20:36:48作者: 杨小靖

3.5 动态调度的例子与算法

Tomasulo算法优势

  1. 分布式危险检测逻辑。分布式保留站和CDB实现，如果多个指令正在等待单个结果，并且每个指令已经有了它的其他操作数，那么可以通过在CDB上广播结果来同时释放这些指令。如果使用集中式寄存器文件，当寄存器总线可用时，这些单元必须从寄存器中读取它们的结果。

  2. 消除了WAW和WAR的延迟。重命名寄存器以及在操作数可用时将其存储到预订站。

Tomasulo算法细节

  1. Load和Store先要通过功能单元进行地址计算，再将操作放入独立的Load和Store Buffer中。

  2. Load指令在第二个执行步骤访存，并将结果写回寄存器并广播在CDB中发送给保留站。

  3. Store指令在写回阶段完成。无论目标是寄存器还是内存，所有写操作都发生在写结果中，这一限制简化了Tomasulo算法。

  4. 如果操作数在寄存器中可用，则将它们存储在V字段中。否则，将Q字段设置为指示将生成作为源操作数所需值的保留站。

 

“Figure 3.9 Steps in the algorithm and what is required for each step” (Hennessy 和 Patterson, p. 180)很重要，分析可以得到一下信息：

  1. Issue阶段FP操作，当保留站有空的时候就可以发射；如果寄存器状态表中rs寄存器的项目不为零，则表示前面有指令要写rs寄存器，所以把保留站的Qj指向写rs的指令，否则从寄存器中取数，rt同理；同时设busy，更新寄存器状态表。

  2. Issue阶段Load&Store操作，当Buffer有空的时候就能发射，与FP类似；先算rs得到地址，再用rt存/取数据，所以要先确定rs非空。对于Load还需要更新寄存器状态表，rt是写入，就不用管了，不过对于Store还需要判断rt（源数据）；

  3. Execute阶段，对于FP操作，两个操作数都准备好了就执行；对于Load&Store阶段1，只要Qj为零就表示地址计算已经就绪了，开始算地址；Load一阶段完成后随机进入二阶段访存取数。

  4. Write Result阶段，对于FP或Load，相当于得到结果了，所以只要计算完成且CDB空闲就可以。此时判断寄存器、保留站是否需要该数据，并释放占用。如果寄存器状态表中仍有该数据，说明没有WAW，所以要写进寄存器中，否则不写寄存器了。

  5. Write Result阶段，对于Store，相当于把源数据存进内存的目的地址，所以只要算完地址且得到了源数据就可以执行，此时进入Store Buffer，并释放占用。

Tomasulo执行循环的例子

在Tomasulo的方案中，结合了两种不同的技术:将体系结构寄存器重命名为更大的寄存器集，以及缓冲来自寄存器文件的源操作数。

  1. 尽管Tomasulo的算法是在缓存之前设计的，但缓存的存在，以及固有的不可预测的延迟，已经成为动态调度的主要动机之一。乱序执行允许处理器在等待缓存丢失完成的同时继续执行指令，从而隐藏了全部或部分缓存丢失惩罚。

  2. 随着处理器的问题处理能力越来越强，设计人员越来越关注难以调度的代码(如大多数非数字代码)的性能，寄存器重命名、动态调度和推测等技术变得更加重要。

  3. 它可以实现高性能，而不需要编译器将代码定位到特定的管道结构，这在收缩包装的大众市场软件时代是一个有价值的属性。