超標量處理器設計

第1章 超標量處理器概覽
1.1 為什麼需要超標量
1.2 普通處理器的流水線
1.2.1 流水線概述
1.2.2 流水線的划分
1.2.3 指令間的相關性
1.3 超標量處理器的流水線
1.3.1 順序執行
1.3.2 亂序執行

第2章 Cache
2.1 Cache的一般設計
2.1.1 Cache的組成方式
2.1.2 Cache的寫入
2.1.3 Cache的替換策略
2.2 提高Cache的性能
2.2.1 寫緩存
2.2.2 流水線
2.2.3 多級結構
2.2.4 Victim Cache
2.2.5 預取
2.3 多端口Cache
2.3.1 True Multi?port
2.3.2 Multiple Cache Copies
2.3.3 Multi?banking
2.3.4真實的例子： AMD Opteron的多端口Cache
2.4 超標量處理器的取指令

第3章 虛擬存儲器
3.1 概述
3.2 地址轉換
3.2.1 單級頁表
3.2.2 多級頁表
3.2.3 Page Fault
3.2.4 小結
3.3 程序保護
3.4 加入TLB和Cache
3.4.1 TLB的設計
3.4.2 Cache的設計
3.4.3 將TLB和Cache放入流水線

第4章 分支預測
4.1 概述
4.2 分支指令的方向預測
4.2.1 基於兩位飽和計數器的分支預測
4.2.2 基於局部歷史的分支預測
4.2.3 基於全局歷史的分支預測
4.2.4 競爭的分支預測
4.2.5 分支預測的更新
4.3 分支指令的目標地址預測
4.3.1 直接跳轉類型的分支預測
4.3.2 間接跳轉類型的分支預測
4.3.3 小結
4.4 分支預測失敗時的恢復
4.5 超標量處理器的分支預測

第5章 指令集體系
5.1 復雜指令集和精簡指令集
5.2 精簡指令集概述
5.2.1 MIPS指令集
5.2.2 ARM指令集
5.3 Load/Store指令
5.3.1 Load指令
5.3.2 Store指令
5.4 計算指令
5.4.1 加減法
5.4.2 移位指令
5.4.3 邏輯指令
5.4.4 乘法指令
5.4.5 乘累加指令
5.4.6 特殊計算指令
5.5 分支指令
5.6 雜項指令
5.7 異常

第6章 指令解碼
6.1指令緩存
6.2一般情況
6.3特殊情況
6.3.1分支指令的處理
6.3.2乘累加/乘法指令的處理
6.3.3前/后變址指令的處理
6.3.4LDM/STM指令的處理
6.3.5條件執行指令的處理

第7章 寄存器重命名
7.1概述
7.2寄存器重命名的方式
7.2.1使用ROB進行寄存器重命名
7.2.2將ARF擴展進行寄存器重命名
7.2.3使用統一的PRF進行寄存器重命名
7.3重命名映射表
7.3.1基於SRAM的重命名映射表
7.3.2基於CAM的重命名映射表
7.4超標量處理器的寄存器重命名
7.4.1解決RAW相關性
7.4.2解決WAW相關性
7.5寄存器重命名過程的恢復
7.5.1使用Checkpoint
7.5.2使用WALK
7.5.3使用Architecture State
7.6分發

第8章 發射
8.1概述
8.1.1集中式VS分布式
8.1.2數據捕捉VS非數據捕捉
8.1.3壓縮VS非壓縮
8.2發射過程的流水線
8.2.1非數據捕捉結構的流水線
8.2.2數據捕捉結構的流水線
8.3分配
8.4仲裁
8.4.11?of?M的仲裁電路
8.4.2N?of?M的仲裁電路
8.5喚醒
8.5.1單周期指令的喚醒
8.5.2多周期指令的喚醒
8.5.3推測喚醒

第9章 執行
9.1概述
9.2FU的類型
9.2.1ALU
9.2.2AGU
9.2.3BRU
9.2.4其他FU
9.3旁路網絡
9.3.1簡單設計的旁路網絡
9.3.2復雜設計的旁路網絡
9.4操作數的選擇
9.5Cluster
9.5.1Cluster IQ
9.5.2Cluster Bypass
9.6存儲器指令的加速
9.6.1Memory Disambiguation
9.6.2非阻塞Cache
9.6.3關鍵字優先
9.6.4提前開始

第10章 提交
10.1概述
10.2重排序緩存
10.2.1一般結構
10.2.2端口需求
10.3管理處理器的狀態
10.3.1使用ROB管理指令集定義的狀態
10.3.2使用物理寄存器管理指令集定義的狀態
10.4特殊情況的處理
10.4.1分支預測失敗的處理
10.4.2異常的處理
10.4.3中斷的處理
10.4.4Store指令的處理
10.4.5指令離開流水線的限制

第11章 真實世界的例子： Alpha 21264處理器
11.1概述
11.2取指令和分支預測
11.2.1line/way的預測
11.2.2分支預測
11.3寄存器重命名
11.4發射
11.5執行單元
11.5.1整數的執行單元
11.5.2浮點數的執行單元
11.6存儲器的訪問
11.6.1Speculative Disambiguation
11.6.2Load hit/miss Prediction
11.7退休
11.8結論

參考文獻