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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausführen einer wenigstens einen
prädizierten
Befehl enthaltenden Sequenz von Befehlen, wobei der prädizierte
Befehl in Abhängigkeit
vom Wert eines ihm zugeordneten Prädikats ausgeführt wird,
wobei der Wert des Prädikats
als Ergebnis eines Vergleichs eines ersten Operanden mit einem zweiten
Operanden bestimmt wird. Darüber
hinaus bezieht sich die Erfindung auf einen Prozessor zur Abarbeitung
einer wenigstens einen prädizierten
Befehl enthaltenden Befehlssequenz.
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Ein
Prozessor bearbeitet und steuert den Datenfluß in einem Computersystem.
Eine Erhöhung der
Geschwindigkeit oder des Durchsatzes des Prozessors führt dazu,
daß die
Rechenleistung des Computers erhöht
wird. Prozessorentwickler benutzen viele verschiedene Techniken,
um die Prozessorgeschwindigkeit und den Prozessordurchsatz zu erhöhen, um
leistungsfähigere
Computer für
die Verbraucher zu schaffen. Eine von den Entwicklern verwendete
Technik wird Prädikation
(Predication) genannt.
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Die
Predication ist die bedingte Ausführung von Befehlen in Abhängigkeit
von dem Wert eines Prädikats.
Beispielsweise sei die folgende Sequenz von Befehlen betrachtet: COMPARE R1 = R2 → p2 (p2)
ADD R3 + R4 → R5
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Der
erste Befehl, COMPARE R1 = R2 → p2, bestimmt
den Wert für
das Prädikat
p2 auf der Grundlage eines Vergleichs der Operanden R1 und R2. Sofern
der Wert des Registers R1 gleich dem Wert des Registers R2 ist,
dann wird der Wert des Prädikats
p2 auf "wahr" gesetzt, und wenn
die Werte von R1 und R2 nicht gleich sind, wird p2 auf "falsch" gesetzt. "Wahr" und "Falsch" werden in dem Prozessor üblicherweise
als Einzelbitwerte "1" bzw. "0" dargestellt (oder als "0" bzw. "1" bei
einer negativen Logikimplementierung).
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Der
zweite Befehl, (p2) ADD R3 + R4 → R5, enthält zwei
Teile. Der erste Teil, (p2), macht den zweiten Teil, ADD R3 + R4 → R5, von
dem Wert des Prädikats
p2 abhängig.
Wenn p2 wahr ist (z. B. eine "1"), dann wird der
Wert von R5 gleich dem Wert von R3 + R4 gesetzt. Wenn p2 falsch
ist (z. B. eine "0"), dann wird der
zweite Teil des Befehls übersprungen (das
heißt
der Befehl wird im wesentlichen wie eine Keine-Operation (Noop)
behandelt), und der Prozessor führt
den sequentiell nächsten
Befehl in der Programmcodesequenz aus.
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Unglücklicherweise
beansprucht der COMPARE-Befehl für
seine Ausführung
eine lange Zeit. Deswegen kann die Ausführung abhängiger, nachfolgender Befehle,
wie beispielsweise des ADD-Befehls,
verzögert
werden, bis der COMPARE-Befehl seine Ausführung abgeschlossen hat.
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Aus
dem US-Patent 4,999,800 sind Gleitkommaaddierer bekannt, bei denen
vorgeschlagen wird, vor Abschluss eines vollständigen Vergleichs von Exponenten-Bits
das Ergebnis eines frühzeitigen Vergleichs
nur der am geringsten bewerteten Bits der Exponenten zu verwenden,
um die Mantissen bereits zu verschieben, bevor der Exponentenvergleich
abgeschlossen ist.
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Der
Erfindung liegt ausgehend von der oben genannten Problematik die
Aufgabe zugrunde, die Ausführung
von prädizierten
Befehlen zu beschleunigen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie durch einen Prozessor mit
den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Vorteilhafte
und/oder bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
vorliegende Erfindung wird beispielhaft anhand der beigefügten Figuren
beschrieben, in welchen:
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1 ein
Zustandsdiagramm für
einen in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Prädikatvorhersager ist;
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2 ein
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung gebildeter Komparator ist;
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3 ein
in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildeter Prädikatvorhersager ist;
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4 ein
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ausgebildetes Computersystem ist; und
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5 ein
Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Es
werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Durchführen einer
Prädikatvorhersage
beschrieben. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein Prädikatwert entweder unter Verwendung
historischer Informationen oder durch Vergleich einer Auswahl der
am geringsten bewerteten Bits (LSBs) der beiden Operanden des COMPARE-Befehls,
der den Prädikatwert
bestimmt, vorhergesagt. Wenn der Prädikatvorhersager ein großes Vertrauen
in seine Fähigkeit
zum genauen Vorhersagen eines Prädikatwerts
auf der Grundlage von dem Prädikat
zugeordneten historischen Informationen festgestellt hat, so werden
dann die historischen Informationen verwendet, um den vorhergesagten
Prädikatwert
(PPV – Predicted
Predicate Value) zu bestimmen. Wenn andererseits der Prädikatvorhersager
ein geringes Vertrauen in seine Fähigkeit zum genauen Vorhersagen
eines Prädikatwerts auf
der Grundlage der historischen Informationen hat, dann wird der
PPV durch Vergleichen der LSBs des ersten Operanden mit den LSBs
des zweiten Operanden bestimmt. Sobald der PPV für ein Prädikat bestimmt worden ist,
wird ein mit dem Prädikat prädizierter
Befehl in Abhängigkeit
von dem PPV bedingt ausgeführt,
indem entweder der Befehl normal ausgeführt oder der Befehl wie eine
No-op (Keine-Operation) behandelt wird.
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Nachdem
der COMPARE-Befehl die Ausführung
abgeschlossen hat, wird der sich ergebende tatsächliche Prädikatwert (APV – Actual
Predicate Value) mit dem PPV verglichen, um die Genauigkeit der Vorhersage
zu bestimmen. Sofern die Vorhersage korrekt war, wird die Ausführung der
nachfolgenden Befehle normal fortgesetzt. Sofern die Vorhersage falsch
war, wird der rückseitige
oder hintere Abschnitt (backend portion) der Prozessor-Pipeline
einer Flush-Operation unterzogen und die Be fehle werden beginnend
mit dem prädizierten
Befehl unter Verwendung des APV als Prädikatwert neu ausgeführt. Der APV
wird darüber
hinaus verwendet, um die dem Prädikat
zugeordneten, in einer Prädikatvorgeschichtetabelle
gespeicherten historischen Informationen zu aktualisieren.
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Eine
detailliertere Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung einschließlich
verschiedener Konfigurationen und Implementierungen ist unten angegeben.
Zur Vereinfachung können
darüber
hinaus die Begriffe "Prädikatregister", "Prädikat", "Prädikat-ID" und "Prädikatwert" in austauschbarer
Weise verwendet werden, ebenso können
die Begriffe "Register", "Register-ID", "Registerwert" und "Operand" in austauschbarer
Weise verwendet werden. Beispielsweise soll unter einer "Prädikatvorhersage" genauer gesagt eine "Prädikatwertvorhersage" verstanden werden.
Außerdem
soll ein "Vergleichen
eines ersten Register mit einem zweiten Register" genauer betrachtet ein "Vergleichen eines in
dem ersten Register gespeicherten Werts mit einem in dem zweiten
Register gespeicherten Wert" bedeuten.
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Wiederum
sei die folgende Sequenz von Befehlen betrachtet: COMPARE
R1 = R2 → p2 (p2) ADD R3 + R4 → R5
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Wie
oben beschrieben, bestimmt der erste Befehl einen Wert für das Prädikat p2.
Der zweite Befehl ist ein prädizierter
Befehl, dessen Ausführung von
dem Wert des Prädikats
p2 prädiziert
(oder bedingt) wird. Bei einem in hohem Maße pipelineverschachtelten
Prozessor kann der COMPARE-Befehl mehrere Takte zum Abschluß seiner
Ausführung
beanspruchen. Um zu vermeiden, daß der ADD-Befehl um diese Takte
verzögert
wird, wird der Wert des Prädikats
p2 vorhergesagt und der ADD-Befehl wird dann in Abhängigkeit
von dem PPV des p2 bedingt ausgeführt.
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1 ist
ein Zustandsdiagramm für
einen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gebildeten Prädikatvorhersager, in welchem
zwei Zustände
definiert sind. Zur Vereinfachung wird das Zustandsdiagramm unter
Bezugnahme auf die oben erörterte
Sequenz von Befehlen beschrieben.
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Im
Zustand 100 wird der PPV für das Prädikat p2 durch den Prädikatvorhersager
unter Verwendung der dem Prädikat
p2 zugeordneten historischen Informationen berechnet. Wenn nach
der Ausführung des
COMPARE-Befehls für
den APV für
p2 bestimmt wird, daß dieser
gleich dem PPV ist, dann war die Vorhersage richtig. Richtige Vorhersagen
können
ein hohes Vertrauensniveau für
die Fähigkeit
des Prädikatvorhersagers
zum richtigen Berechnen eines PPV für p2 auf der Grundlage der
historischen Informationen erzeugen. Da das Vertrauensniveau hoch
ist, wird bei dem nächsten
Mal, wenn die Befehlssequenz in dem Programmcode angetroffen wird,
eine nachfolgende Vorhersage für
p2 ebenfalls auf der Grundlage dieser historischen Informationen
vorgenommen.
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Wenn
jedoch der APV ungleich dem PPV ist, so ist die Vorhersage falsch.
Das Vertrauensniveau kann infolge der Fehlvorhersage für p2 abfallen. Wenn
das Vertrauensniveau unter einen Schwellenwert absinkt, geht die
Zustandsmaschine in den Zustand 101 gemäß 1 über. Dieser
Zustand stellt die Operation des Prädikatvorhersagers dar, wenn
es ein geringes Vertrauen in die Fähigkeit des Vorhersagers zum
richtigen Berechnen eines PPV für
p2 auf der Grundlage der historischen Informationen, die p2 zugeordnet
sind, gibt. Nach dem Übergang
in den Zustand 101 wird eine nachfolgende Vorhersage für p2 auf
der Grundlage eines Vergleichs der LSBs der Operanden des COMPARE-Befehls,
R1 und R2, vorgenommen, statt die historischen Informationen für p2 zu
verwenden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung berechnet der Prädikatvorhersager ein erstes
Vertrauensniveau für
seine Fähigkeit zum
richtigen Berechnen eines PPV für
p2 auf der Grundlage historischer Informationen. Der Vorhersager
berechnet außerdem
ein zweites Vertrauensniveau für
seine Fähigkeit
zum richtigen Berechnen eines PPV für p2 auf der Grundlage von
LSB-Vergleichen. Hohe und niedrige Vertrauensniveaus werden dann
durch Vergleichen der beiden berechneten Vertrauensniveaus miteinander
bestimmt, wodurch ein variabler Vertrauensniveauschwellenwert erzeugt wird.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird
nur ein einziges Vertrauensni veau durch den Vorhersager berechnet,
und dieses Vertrauensniveau wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen,
um hohes und niedriges Vertrauen voneinander abzugrenzen. Für die Zwecke
dieser Diskussion soll die Aussage, daß der Prädikatvorhersager ein hohes
oder geringes Vertrauen in seine Fähigkeit zum genauen Berechnen
eines PPV für
ein Prädikat
auf der Grundlage historischer Informationen aufweist, äquivalent
der Aussage sein, daß der Prädikatvorhersager
ein niedriges bzw. hohes Vertrauen in seine Fähigkeit zum genauen Berechnen
eines PPV für
das Prädikat
auf der Grundlage von Operanden-LSB-Vergleichen hat.
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Wenn
das Vertrauensniveau über
den Schwellenwert ansteigt, dann kehrt der Prädikatvorhersager in den Zustand 100 gemäß 1 zurück. Im Ergebnis
dieses Übergangs
wird ein nachfolgender PPV für
p2 durch den Prädikatvorhersager
unter Verwendung der p2 zugeordneten historischen Informationen
berechnet, statt einen Vergleich der LSBs der Operanden zu verwenden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung könnte
das Zustandsdiagramm zusätzliche
Zustände enthalten,
wie beispielsweise einen Zustand, in welchem der Prozessor angehalten
wird, bis der APV für das
Prädikat
bestimmt worden ist.
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2 ist
ein gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildeter Komparator, in welchem
die LSBs des in dem Register R1 201 gespeicherten Operanden
mit den LSBs des in dem Register R2 202 gespeicherten Operanden
verglichen werden, um einen PPV zu bestimmen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
von 2 werden nur die fünf am geringsten bewerteten
Bits der 64-Bit-Operanden in dem Komparator 203 verglichen,
um einen PPV zu bestimmen. Die Bits a(0) und b(0), a(1) und b(1),
a(2) und b(2), a(3) und b(3) sowie a(4) und b(4) werden unter Verwendung
der XOR-Gatter 210, 211, 212, 213 bzw. 214 auf
Gleichheit verglichen. Die Ausgaben jedes der XOR-Gatter 210–214 werden
als Eingangssignale dem NOR-Gatter 220 zur Verfügung gestellt,
dessen Ausgabe der PPV ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel zeigt ein PPV
von 1 an, daß die
am geringsten bewerteten fünf Bits
aus dem Operanden des Regis ters 201, a(0)–a(4), gleich
den fünf
am geringsten bewerteten Bits aus dem Operanden des Registers 202, b(0)–b(4), sind.
Ein PPV von 0 zeigt an, daß die
Bits ungleich sind.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann das Vergleichen der LSBs der beiden
Operanden schneller ein Ergebnis erzeugen, als das Vergleichen sämtlicher
Bits der Operanden. Dies kann beispielsweise auf Einfächerungseinschränkungen
der logischen Gatter eines Komparators zurückzuführen sein. Die Einfächerungseinschränkung könnte eine
zeitraubende, erweiterte Kaskade logischer Gatter erfordern, um
sämtliche Bits
der Operanden zu vergleichen. Indem nur die LSBs der beiden Operanden
anstelle sämtlicher
Bits verglichen werden, kann eine schnelle Zwei-Ebenen-Kaskade,
wie beispielsweise die in 2 gezeigte,
verwendet werden.
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Im
allgemeinen kann dann, wenn die Werte der beiden Operanden nahe
beieinander liegen, ein Vergleich einer ausreichenden Anzahl von
LSBs der Operanden das Ergebnis des Vergleichs sämtlicher Bits der Operanden
vorhersagen. Die Anzahl der LSBs, die zum Erzeugen eines PPV für das Prädikat verglichen
werden sollen, kann durch eine geeignete Ausbalancierung der PPV-Genauigkeit,
Komparatorgröße und Komparatorgeschwindigkeit
bestimmt werden. Beispielsweise erhöht sich in dem Maße, wie die
Anzahl der verglichenen LSBs erhöht
wird, die Genauigkeit des PPV, aber die Komparatorgröße kann
sich ebenfalls erhöhen
und die Komparatorgeschwindigkeit könnte sinken. Umgekehrt verringert sich
in dem Maße,
wie sich die Anzahl der verglichenen LSBs verringert, auch die Komparatorgröße, und die
Komparatorgeschwindigkeit erhöht
sich, aber die PPV-Genauigkeit sinkt ab.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird das am geringsten bewertete Viertel
der Operandenbits oder weniger Operandenbits verglichen, um den
PPV zu bestimmen. Bei 64-Bit-Operanden sind dies die am geringsten
bewerteten 16 Bits der Operanden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
werden die acht am geringsten bewerteten oder weniger Operandenbits
verglichen, um den PPV zu bestimmen. Bei 64-Bit-Operanden führt dies
dazu, daß das
am geringsten bewertete Byte jedes Operanden verglichen wird. Man
beachte jedoch, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf 64-Bit-Operandengrößen beschränkt ist.
Eine beliebige Anzahl von Operandengrößen kann in Verbindung mit
alternativen Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Darüber hinaus kann eine beliebige
Anzahl von LSBs, die geringer als die Gesamtzahl der Bits in den
Operanden ist, mit einer entsprechenden Anzahl von LSBs eines anderen
Operanden verglichen werden, um den PPV zu bestimmen.
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Obwohl
bei dem Komparator gemäß 2 bestimmt
wird, ob die LSBs gleich sind, könnten
gemäß alternativen
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ausgebildete Komparatoren eine beliebige
mathematische Beziehung zwischen den LSBs oder irgendeinem anderen
Abschnitt der Bits der Operanden vergleichen. Bei einer Ausführungsform
beispielsweise, bei der ein Prädikat
durch einen COMPARE-Befehl bestimmt wird, der feststellt, ob der
erste Operand größer oder
gleich einem zweiten Operanden ist, berechnet der Komparator den
PPV, indem er bestimmt, ob die LSBs oder die am höchsten bewerteten
Bits (MSBs) des ersten Operanden größer oder gleich den LSBs bzw.
MSBs des zweiten Operanden sind. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem
ein Prädikat
durch einen COMPARE-Befehl bestimmt wird, der feststellt, ob ein
erster Operand kleiner oder gleich einem zweiten Operanden ist,
berechnet der Komparator den PPV, indem er bestimmt, ob die LSBs
oder MSBs des ersten Operanden kleiner als die LSBs bzw. MSBs des
zweiten Operanden sind.
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3 ist
ein Prädikatvorhersager,
der in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Eine Prädikatvorgeschichtetabelle 301 speichert
historische Informationen, die jeder einer beliebigen Anzahl von Befehlen
zugeordnet sind, und wird durch Befehlszeiger (IPs) indexiert. Zusätzlich speichert
die Tabelle 301 das dem IP zugeordnete Vertrauensniveau.
Der Registersatz 302 speichert die einer beliebigen Anzahl
von Registern zugeordneten Registerwerte. Die Ausgaben der Tabelle 301 und
des Registersatzes 302 werden mit den Eingängen des
PPV-Berechners 303 gekoppelt, dessen Ausgang mit einem
Eingang eines Spekulatives-Prädikat-Registersatzes
(SPRF – Speculative
Predicate Register File) 304 gekoppelt ist. Ein Ausgang
des SPRF 304 ist mit dem PPV-Eingang der Prozessorpipeline 305 und
ein weiterer Ausgang des SPRF 304 ist mit einem Eingang
des XOR-Gatters 306 gekoppelt. Befehle 300 werden, nachdem
sie von einem (nicht gezeigten) Decodierer decodiert worden sind,
dem Eingang der Pipeline 305 sowie der mit der Prädikatvorgeschichtetabelle 301, dem
Registersatz 302 und dem SPRF 304 gekoppelten
IP-, Register- und Prädikatauswahlschaltung
zur Verfügung
gestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt diese
Auswahlschaltung einen Multiplexer. Der APV-Ausgang der Pipeline 305 ist
mit einem Eingang des XOR-Gatters 306 und mit einem Eingang der
Prädikatvorgeschichtetabelle 301 gekoppelt.
Der Ausgang des XOR-Gatters 306 ist mit dem Flush-Signaleingang
der Pipeline 305 gekoppelt. Der IP-Ausgang der Pipeline 305 ist
mit der IP-Auswahlschaltung
der Tabelle 301 gekoppelt, und der Prädikat-ID-Ausgang der Pipeline 305 ist
mit der Prädikatauswahlschaltung
des SPRF 304 gekoppelt. Der Registerwertausgang der Pipeline 305 ist
mit einem Eingang des PPV-Berechners 303 gekoppelt. Um
die Betriebsweise des Prädikatvorhersagers
gemäß 3 zu
demonstrieren, sei die Ausführung
der oben beschriebenen Sequenz von Befehlen betrachtet. Nachdem
der Prozessor den ersten Befehl, COMPARE R3 = R2 → p2, abgerufen
und decodiert hat, wird der IP des Befehls dem Prädikatvorhersager
gemäß 3 aus
dem Block 300 zur Verfügung
gestellt. Der IP des COMPARE-Befehls wird verwendet, um den richtigen
Ort aus der Prädikatvorgeschichtetabelle 301 auszuwählen. Die
historischen Informationen und das Vertrauensniveau, die diesem
Befehl zugeordnet sind (und somit die p2 zugeordneten historischen
Informationen) werden aus der Tabelle 301 gelesen und dem
PPV-Berechner 303 zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig
werden die Register-IDs von R1 und R2 verwendet, um die richtigen
Operanden aus dem Registersatz 302 auszuwählen. Eine
Auswahl der LSBs der Operanden R1 und R2 wird aus der Tabelle 301 gelesen
und dem Komparator 312 in dem PPV-Berechner zur Verfügung gestellt.
Der Komparator 312 enthält
eine Schaltung, die in einer Weise ausgebildet ist und betrieben
wird, die dem Komparator 203 gemäß 2 ähnlich ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung können
die in der Tabelle 301 gemäß 3 gespeicherten
historischen Informationen eine beliebige Anzahl von Bits umfassen,
und die vorgeschichte-basierte Vorhersageschaltung 311 des PPV-Berechners 303 könnte diese
Bits in Verbindung mit herkömmlichen
Verzweigungsvorhersagetechniken verwenden, um einen PPV für p2 zu
berechnen. Beispielsweise kann ein Zwei-Bit-Aufwärts/Abwärts-Zähler oder eine bimodale Vorhersagetechnik verwendet
werden, um einen einzelnen unrichtigen PPV in einer Serie von richtigen
PPVs für
p2 zu tolerieren. Lokale oder globale Vorhersagetechniken können ebenfalls
verwendet werden, oder es kann alternativ eine Kombination von Techniken
beispielsweise in einem Auswählervorhersager
verwendet werden.
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Die
in der Prädikatvorgeschichtetabelle 301 gemäß 3 gespeicherten
historischen Informationen können
Informationen umfassen, die auf die Programmvorgeschichte, Kontextkorrelation
oder PPV-Genauigkeitsraten bezogen sind. Bei einem alternativen
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung könnte
ein Teil oder die gesamte vorgeschickte-basierte Vorhersageschaltung 311 in
dem Berechner 303 mit der Prädikatvorgeschichtetabelle 301 verschmolzen
sein. Auf diese Weise könnte
der auf historischen Informationen basierende PPV in der Tabelle
berechnet und gespeichert werden, statt ihn "auf dem Wege" von dem Berechner 303 berechnen
zu lassen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird die Prädikatvorgeschichtetabelle 301 durch
den Prädikat-ID des zugeordneten
Prädikats
(z. B. p2 bei diesem Beispiel) oder durch den IP des prädizierten
Befehls, der den durch den Berechner 303 berechneten PPV
verwendet, indexiert.
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Vertrauensniveaus
sind ebenfalls in der Tabelle 301 gemäß 3 gespeichert.
Bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung reflektieren diese Niveaus das relative
Vertrauen auf die Genauigkeit einer Prädikatvorhersage, die auf der historischen
Information basiert. Sofern das Niveau des Vertrauens auf die Genauigkeit
der Vorhersagen auf der Grundlage historischer Informationen, die
p2 zugeordnet sind, hoch ist (das heißt über einem Schwellenwert), so
wird der PPV für
p2 unter Verwendung der historischen Informationen bestimmt. Wenn
jedoch das Vertrauensniveau gering ist (das heißt unter einem Schwellenwert),
so wird der PPV für
p2 bestimmt, indem die LSBs der Operanden R1 und R2 verglichen werden.
Ein einen Multiplexer 313 enthaltender Auswähler in
dem PPV-Berechner 303 gemäß 3 wählt aus,
ob der PPV entweder auf der Grundlage historischer Informationen
aus der vorgeschichtebasierten Vorhersageschaltung 311 oder
auf der Grundlage des Vergleichs der LSBs aus dem Komparator 312 bestimmt
werden soll. Der Multiplexer 313 weist einen ersten Eingang
auf, der mit dem Ausgang der vorgeschichte-basierten Vorhersageschaltung 311 gekoppelt
ist, und einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des LSB-Komparators 312 gekoppelt
ist. Der Steuereingang des Multiplexers 313 wird durch
das Vertrauensniveau aus Tabelle 301 gesteuert, und der
Ausgang des Multiplexers ist der PPV-Ausgang des PPV-Berechners 303.
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Man
beachte, daß die
LSBs der Operanden R1 und R2 aus dem Registersatz 302 eine
gewisse Zeit benötigen,
um am Komparator 312 in dem PPV-Berechner 303 gemäß 3 einzutreffen.
Diese Verzögerung
kann beispielsweise auf einem langen Weg zwischen dem Registersatz 302 und
dem Berechner 303 basieren. Beispielsweise können sich der
Registersatz 302 und der Berechner 303 in separaten
Einheiten des Prozessors aufhalten. Alternativ kann die Verzögerung auf
einem Lese-nach-Schreiben-Risiko an R1 oder R2 basieren. Bei einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Verzögerung reduziert, indem der
Berechner 303 mit dem Register-Umgehungsbus aus der Pipeline 305 gekoppelt
wird. Dieser Bus ist als Kopplung zwischen dem Registerwert-Ausgang
aus der Pipeline 305 und dem Eingang des LSB-Komparators 312 in
dem PPV-Berechner 303 dargestellt. Man beachte, daß dieser
Bus außerdem
ebensogut mit dem Registersatz 302 gekoppelt sein kann
(was nicht gezeigt ist), um die Registerwerte in dem Satz 302 zu
aktualisieren.
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Trotz
der Verwendung des Umgehungsbusses können die historischen Informationen
und Vertrauensniveaus aus Tabelle 301 bei dem PPV-Berechner 303 gemäß 3 eintreffen,
bevor die Operanden R1 und R2 den Berechner erreichen. Im Ergebnis
kann ein PPV für
p2 auf der Grundlage der historischen Informationen berechnet werden,
bevor der auf den LSB-Vergleichen basierende PPV berechnet wird.
Folglich stellt gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung der PPV-Berechner 303 auf der
Grundlage der historischen Informationen eine frühe Vorhersage an den SPRF 304 zur
Verfügung,
wenn ein hohes Vertrauensniveau bestimmt wird. Der Berechner 303 stellt eine
späte Vorhersage,
die auf den LSB-Vergleichen basiert, an den SPRF 304 zur
Verfügung,
wenn ein niedriges Vertrauensniveau bestimmt wird.
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Der
PPV für
p2 wird, nachdem er von dem Berechner 303 gemäß 3 berechnet
worden ist, in den SPRF 304 eingegeben, wo der PPV auf
einen Zugriff durch einen nachfolgenden Befehl wartet, der mit p2
prädiziert
ist. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist SPRF 304 ein Registersatz,
der PPV-Speicherplätze
für sämtliche Prädikate enthält. Spekulative
Prädikate
(das heißt PPVs),
die noch nicht in einen Architekturzustand festgeschrieben (committet)
worden sind, werden in dem SPRF 304 an dem richtigen Ort
gespeichert. Bei einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem die Prozessorarchitektur 64 Prädikate ermöglicht, enthält der SPRF 304 64
Speicherplätze,
p0–p63,
in welchen PPVs gespeichert werden können.
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Parallel
zu den Aktivitäten
des oben beschriebenen Prädikatvorhersagers
wird der COMPARE-Befehl dem Eingang der Pipeline 305 gemäß 3 zur
Verfügung
gestellt. In der Pipeline 305 wird der APV für p2 bestimmt,
indem ein vollständiger
Bitvergleich der Operanden R1 und R2 durchgeführt wird. Während der COMPARE-Befehl in
der Pipeline ausgeführt
wird, aber bevor der APV bestimmt worden ist, wird der decodierte
ADD-Befehl als nächstes dem
Prädikatvorhersager
aus dem Block 300 zur Verfügung gestellt. Der Prädikat-ID
von p2 wird verwendet, um den richtigen PPV in dem SPRF 304 auszuwählen. Der
PPV für p2
wird aus dem SPRF 304 gelesen und dem PPV-Eingang der Pipeline 305 zur Verfügung gestellt,
während
der prädizierte
ADD-Befehl dem Befehlseingang
der Pipeline 305 zur Verfügung gestellt wird. Sofern
der PPV für
p2 "wahr" ist, wird der ADD-Befehl normal ausgeführt. Sofern
der PPV für
ein Prädikat "falsch" ist, wird der Befehl
wie eine no-op behandelt. Das Behandeln eines Befehls wie eine no-op
bedeutet, daß der
Befehl entweder nicht ausgeführt
wird oder, sofern er ausgeführt
wird, die sich ergebenden Daten nicht verwendet werden, um die Architekturzustände des
Registersatzes zu aktualisieren.
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Während der
prädizierte
ADD-Befehl in der Pipeline 305 gemäß 3 ausgeführt wird,
schließt der
vorhergehende COMPARE-Befehl seine Ausführung ab, und es wird ein APV
für p2
bestimmt. Der APV für
p2 wird aus der Pipeline 305 an dem APV-Ausgang zur Verfügung gestellt, und der IP für den COMPARE-Befehl wird an dem
IP-Ausgang zur Verfügung
gestellt. Der IP wird zu der IP-Auswahlschaltung der Prädikatvorgeschichtetabelle 301 übertragen
und verwendet, um den richtigen Ort in der Tabelle auszuwählen, in
welchen der APV für
p2 geschrieben werden soll. Dieser APV wird verwendet, um die historischen
Informationen und das Vertrauensniveau, die p2 zugeordnet sind,
zu aktualisieren. Zusätzlich
wird der Prädikat-ID
von p2 von dem Ausgang der Pipeline 305 zu der Prädikatauswahlschaltung
des SPRF 304 übertragen,
um den richtigen Ort in der Datei auszuwählen, aus welcher der PPV für p2 gelesen
wird. Dieser PPV wird mit dem APV für p2 mit Hilfe des XOR-Gatters 306 verglichen, um
zu bestimmen, ob das Prädikat
p2 richtig vorhergesagt worden ist (das heißt, ob der APV mit dem PPV übereinstimmt)
oder ob er falsch vorhergesagt worden ist (das heißt, der
APV nicht mit dem PPV übereinstimmt).
Wenn der PPV für
p2 richtig war, wird die Befehlsausführung normal fortgesetzt. Wenn
jedoch der PPV falsch vorhergesagt wurde, wird ein Flush-Signal
aus dem XOR-Gatter 306 an die Pipeline 305 gesendet,
was die Pipeline 305 veranlaßt, die darin ausgeführten Befehle
einer Flush-Operation zu unterziehen.
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Zusätzlich zur
Bereitstellung des APV für
p2 an die Prädikatvorgeschichtetabelle 301 und
an einen Eingang des XOR- Gatters 306 gemäß 3 wird
der APV für
p2 zusammen mit seinem Prädikat-ID
dem Architekturprädikatregistersatz
(APRF – Architectural
Predicate Register File) (der nicht gezeigt ist) zur Verfügung gestellt,
um den Wert des Prädikats
p2 zu aktualisieren. Der APRF speichert nicht-spekulative, in der
Architektur festgeschriebene Prädikatwerte,
wobei auf ihn durch nachfolgende Befehle, die mit p2 prädiziert
sind, zugegriffen wird, um zu bestimmen, ob der Befehl ausgeführt werden
soll oder wie eine no-op behandelt werden soll. Bei Bereitstellen
des PPV für
p2 an das XOR-Gatter 306 macht der SPRF 304 den
dem p2 zugeordneten Eintrag ungültig.
Auf diese Weise führen
zukünftige
Zugriffe auf den SPRF 304 durch nachfolgende Befehle, die
mit p2 prädiziert
sind, zu einem Fehlversuch, was die Befehle zwingt, den APV für p2 zu
verwenden, der in dem APRF gespeichert ist.
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Man
beachte, daß die
Pipeline 305 gemäß 3 nur
einen Teil der vollständigen
Pipeline des Prozessors repräsentiert.
Insbesondere enthält
die Pipeline 305 den Backend-Abschnitt der Pipeline, der die
Ausführungsstufe
enthält.
Da die Prädikatvorhersage
in der Nähe
des Backend der Pipeline ausgeführt
wird, müssen
im Vergleich zu einem herkömmlichen
falsch vorhergesagten Verzweigungswiederherstellungsprozeß weniger
Befehle einer Flush-Operation unterzogen werden. Wenn der PPV für p2 falsch
vorhergesagt wird, werden der ADD-Befehl und irgendwelche nachfolgenden
Befehle, die direkt oder indirekt auf den falschen PPV vertrauen, der
Flush-Operation unterzogen und durch die Pipeline 305 neu
ausgeführt.
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4 zeigt
ein in Übereinstimmung
mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgebildetes Computersystem. Der Prozessor 400 ist
mit einem Cache 405 gekoppelt und enthält eine Pipeline 401,
deren Backend-Abschnitt mit dem Prädikatvorhersager 402 gekoppelt
ist. Eine Brücke 410 ist
mit dem Prozessor 400 über
einen Systembus gekoppelt. Die Brücke 410 wird verwendet,
um den Prozessor 400 mit einem Hauptspeicher 415 und
mit Peripheriekomponenten 420 und 430 zu koppeln.
Eine Brücke 425 koppelt
eine Tastatur 435, einen externen Speicher 440 und
einen Monitor 445 mit der Brücke 410.
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Die
Peripheriekomponenten 420 und 430 gemäß 4 können Audio-
und Video-Eingabe/Ausgabe-Einrichtungen enthalten, wie beispielsweise Audio/Video-Generatoren,
-Beschleuniger oder – Analysierer.
Der externe Speicher 440 kann eine Festplatte, ein Diskettenlaufwerk,
ein Bandlaufwerk oder andere magnetische Speichereinrichtungen,
einen batteriegestützten
Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), eine elektrisch programmierbare
Nur-Lese-Speicher (EPROM)-Einrichtung, andere Festkörperspeicherbauelemente,
eine CDROM oder weitere nicht-flüchtige
maschinenlesbare Speichermedien umfassen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein Operandenwert eines COMPARE-Befehls
zusammen mit dem COMPARE-Befehl selbst anfänglich im externen Speicher 440 gemäß 4 gespeichert.
Während
des Betriebs des Computersystems initiiert der Prozessor 400 eine Übertragung
des COMPARE-Befehls
und des Operanden aus dem externen Speicher 440 in den
Hauptspeicher 415 über
die Brücken 425 und 410.
Der COMPARE-Befehl
und der Operand können dann
zu dem Cache 405 übertragen
werden, bevor sie von dem Prozessor 400 empfangen und von
diesen verwendet werden, oder der COMPARE-Befehl oder der Operand
können
direkt aus dem Hauptspeicher 415 an den Prozessor 400 über die
Brücke 410 übertragen
werden.
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Sobald
in der Pipeline 401 gemäß 4 der COMPARE-Befehl
decodiert ist, wird der decodierte Befehl dem Prädikatvorhersager 402 zur
Verfügung gestellt,
welcher so ausgebildet ist, daß er
in Kooperation mit der Pipeline 401 in einer Weise arbeitet,
die ähnlich
der des Prädikatvorhersagers
und der Pipeline ist, die oben in Verbindung mit 3 beschrieben
worden sind. Während
der Prädikatvorhersage werden
die LSBs des Operanden mit den LSBs eines zweiten Operanden des
COMPARE-Befehls verglichen, um einen PPV für ein Prädikat zu berechnen. Bei einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird der Operand im Ergebnis einer Berechnung
durch den Prozessor 400 erzeugt und nachfolgend im externen
Cache 405 oder dem Hauptspeicher 415 gespeichert.
Dieser Operand wird dann von dem Prozessor 400 zur Verwendung
bei der Ausführung
des COMPARE-Befehls wieder abgerufen. Alternativ kann der Operand
aus einem Speicherplatz einer der beiden Peripheriekomponenten 420 oder 430 herrühren.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. Im Schritt 510 wird ein Vertrauensniveau bestimmt.
Dieses Vertrauensniveau zeigt das Vertrauen in die Fähigkeit
des Prädikatvorhersagers
an, genau ein Prädikat
auf der Grundlage der dem Prädikat
zugeordneten historischen Informationen vorherzusagen, wie es von
dem Prädikatvorhersager
bestimmt wird. Im Schritt 515 bestimmt der Vorhersager,
ob das berechnete Vertrauensniveau geringer als ein Schwellenwert
ist. Sofern das berechnete Vertrauensniveau geringer als ein Schwellenwert
ist, wird der PPV bestimmt, indem die LSBs eines ersten Operanden
mit den LSBs eines zweiten Operanden eines COMPARE-Befehls im Schritt 525 verglichen
werden. Wenn jedoch das berechnete Vertrauensniveau nicht kleiner
als ein Schwellenwert ist, dann wird der PPV im Schritt 520 unter
Verwendung historischer Informationen bestimmt, was mit Verzweigungsvorhersagetechniken
vergleichbar ist.
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Diese
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ihre speziellen Ausführungsbeispiele
beschrieben. Für
Personen, die den Vorteil dieser Offenbarung haben, ist es jedoch
klar, daß verschiedene
Modifikationen und Änderungen
an diesen Ausführungsbeispielen
vorgenommen werden können,
ohne von dem breiteren Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Die Beschreibung und die Zeichnungen sind demzufolge in einem veranschaulichenden
und keinem einschränkenden
Sinne zu verstehen.