（计算机体系结构）7.3 基于硬件的前瞻执行

7.3 基于硬件的前瞻执行

前瞻执行（Speculation） 的基本思想

1. 对分支指令的结果进行猜测，并假设这个猜测总是对的，然后按这个猜测结果继续取、流出和执行后续的指令。
2. 执行指令的结果不是写回到寄存器或存储器，而是写入一个称为再定序缓冲器ROB（ReOrder Buffer）中 。等到相应的指令得到“确认” （commit） （即确实是应该执行的）之后，才将结果写入寄存器或存储器
3. ROB中的每一项由以下3个字段组成：
   • 指令类型
   指出该指令是分支指令、 store指令或寄存器操作指令。
   • 目标地址
   给出指令执行结果应写入的目标寄存器号（如果是load和ALU指令）或存储器单元的地址（如果store指令）。
   • 数据值
   用来保存指令前瞻执行的结果，直到指令得到确认。

支持前瞻执行的 Tomasulo 算法的四阶段

1. Issue—get instruction from FP Op Queue
   • 如果RS和ROB有空闲单元就发射指令。如果寄存器或ROB中源操作数可用，就将其发送到RS，目的地址的ROB编号也发送给RS
2. Execution—operate on operands (EX)
   • 当操作数就绪后，开始执行。如果没有就绪，监测CDB， 检查RAW相关
3. Write result—finish execution (WR)
   • 将运算结果通过CDB传送给所有等待结果的FU以及ROB单元，标识RS可用
4. Commit—update register with reorder result
   • 按ROB表中顺序，如果结果已有，就更新寄存器（或存储器），并将该指令从ROB表中删除
   • 预测失败或有中断时， 清空ROB，从新的指令地址开始执行

7.4 多指令流出技术