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龙芯2/Nehalem处理器架构深度对比分析

Dispatch
分发

  在经过寄存器重命名之后,指令们将会被分发到ROB(在龙芯上,对应的部件叫做ROQ——ReOrder Queue),同时发送到保留站,这个阶段叫做Dispatch分发,在龙芯2上是第5流水线级。和Nehalem不同,龙芯2的Dispatch需要按照指令的种类选择发送到整数还是浮点的保留站,而Nehalem具有一个统一的保留站。


Nehalem: Unified Reservation Station

  ROB(Re-Order Buffer,重排序缓冲区)是一个非常重要的部件,它是将乱序执行完毕的指令们按照程序编程的原始顺序重新排序的一个队列,以保证所有的指令都能够逻辑上实现正确的因果关系。打乱了次序的指令们依次插入这个队列,当一条指令通过RAT发往下一个阶段确实执行的时候这条指令(包括寄存器状态在内)将被加入ROB队列的一端,执行完毕的指令(包括寄存器状态)将从ROB队列的另一端移除(期间这些指令的数据可以被一些中间计算结果刷新),因为调度器是In-Order顺序的,这个队列也就是顺序的。从ROB中移出一条指令就意味着指令执行完毕了,这个阶段叫做Retire回退,相应地ROB往往也叫做Retirement Unit(回退单元),并将其画为流水线的最后一部分。

  在一些超标量设计中,Retire阶段会将ROB的数据写入L1D缓存,而在另一些设计里,写入L1D缓存由另外的队列完成。例如,Core/Nehalem的这个操作就由MOB(Memory Order Buffer,内存重排序缓冲区)来完成。

 
Godson-2 Microarchitecture

  RS(Reservation Station,中继站,Intel文档翻译为保留站)上保存了所有等待执行的指令,Nehalem具有36条目的统一保留站,龙芯2则具有16条目的整数和16条目的浮点保留站,从管理上看,统一的保留站更为复杂些,不过灵活性要更好。

  除了存放指令之外,保留站的作用是监听内部结果总线上是否有保留站内指令所需要的参数果。需要读取L1/L2缓存乃至内存的指令或者需要等待其他指令结果的指令必须在此等待。

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