專利名稱：基于寄存器地址環(huán)繞式處理的提前裝載地址表項(xiàng)目無(wú)效的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中指令的執(zhí)行和性能優(yōu)化，更具體地，涉及一種提前裝載地址表(ALAT)’用于記錄存儲(chǔ)器地址和對(duì)于不按次序地提前的裝載指令的寄存器目標(biāo)以便達(dá)到改進(jìn)性能，其中在ALAT中的項(xiàng)目根據(jù)寄存器地址環(huán)繞式處理而被無(wú)效。
本專利申請(qǐng)涉及到共同轉(zhuǎn)讓的、1998年10月7日提交的、題目為“Method and Apparatus for Optimizing Instruction Execution(用于指令執(zhí)行優(yōu)化的方法和設(shè)備)”的、美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/168,040，和2000年3月8日提交的、題目為“Emulated BranchEffected by Trampoline Mechanism(通過(guò)蹦床機(jī)制實(shí)現(xiàn)的仿真分支)”的、美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/521,160，這兩個(gè)專利在此引用，以供參考。美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/051,160是美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/168,040的繼續(xù)部分，后者是1997年10月13日提交的、美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)08/953,836的繼續(xù)部分。本專利申請(qǐng)也涉及到共同轉(zhuǎn)讓的、1997年9月30日提交的、題目為“Method and Apparatus forDetecting Address Range Overlaps(用于檢測(cè)地址范圍重疊的方法和設(shè)備)”的、美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)08/940,607，和1999年12月31日提交的、題目為“Method and Apparatus for Advancing LoadOperations(用于提前裝載操作的方法和設(shè)備)”的、美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/476,607。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括至少一個(gè)處理器和存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序指令，數(shù)據(jù)，和操作系統(tǒng)。程序指令可包括用于編譯應(yīng)用程序的編譯器。操作系統(tǒng)控制處理器和存儲(chǔ)器，用于系統(tǒng)操作和用于執(zhí)行程序指令。
“基本塊”是由分支和/或分支目標(biāo)約束的接連的指令組，不包含分支或分支目標(biāo)。這是指，如果基本塊中的任何指令被執(zhí)行，則基本塊中的所有的指令將被執(zhí)行，即，被包含在任何基本塊內(nèi)的指令是按照或者全部或者都沒(méi)有的原則執(zhí)行的。當(dāng)控制被傳遞到基本塊時(shí)，通過(guò)瞄準(zhǔn)基本塊的先前的分支，使得在基本塊內(nèi)的指令能夠被執(zhí)行(這里所使用的“瞄準(zhǔn)”包括通過(guò)已取的分支的明顯瞄準(zhǔn)以及通過(guò)未取的分支的隱含的瞄準(zhǔn))。上述的內(nèi)容是指，如果控制被傳遞到基本塊，則基本塊中所有的指令必須被執(zhí)行；如果控制沒(méi)有被傳遞到基本塊，則基本塊中沒(méi)有指令被執(zhí)行。
在控制被傳遞到指令以前，指令的執(zhí)行的行動(dòng)，或規(guī)定執(zhí)行指令的行動(dòng)，被稱為“推測(cè)”。由處理器在程序執(zhí)行時(shí)間執(zhí)行的推測(cè)被稱為“動(dòng)態(tài)推測(cè)”，而由編譯器規(guī)定的推測(cè)被稱為“靜態(tài)推測(cè)”。雖然大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)不是基于靜態(tài)推測(cè)，也不涉及到靜態(tài)推測(cè)，但最近對(duì)靜態(tài)推測(cè)的某些參考文獻(xiàn)已開(kāi)始顯露。
當(dāng)一個(gè)指令不需要另一個(gè)指令的結(jié)果時(shí)，兩個(gè)指令被稱為“獨(dú)立的”；當(dāng)一個(gè)指令需要另一個(gè)指令的結(jié)果時(shí)，這兩個(gè)指令被稱為“相關(guān)的”。獨(dú)立的指令可以并行地被執(zhí)行，而依賴的指令以串行方式被執(zhí)行。通過(guò)識(shí)別獨(dú)立指令和盡可能多地并行執(zhí)行它們，程序性能得以改進(jìn)。經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)搜索多個(gè)基本塊可以找到的獨(dú)立指令比起通過(guò)只在單個(gè)基本塊內(nèi)搜索可以找到的更多。然而，同時(shí)執(zhí)行來(lái)自多個(gè)基本塊的指令需要推測(cè)。
識(shí)別和調(diào)度獨(dú)立的指令，以及由此提高性能，是編譯器和處理器的主要任務(wù)之一。編譯器和處理器設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是在每次連續(xù)地生成時(shí)增加對(duì)于獨(dú)立指令的搜索范圍。在現(xiàn)有技術(shù)指令組中，可能產(chǎn)生異常的指令不能被編譯器推測(cè)，因?yàn)槿绻噶钤斐僧惓?，則程序可呈現(xiàn)錯(cuò)誤的行為。這限制編譯器對(duì)于獨(dú)立的指令的搜索的有用的范圍和使得必須由處理器在程序運(yùn)行時(shí)間通過(guò)動(dòng)態(tài)推測(cè)進(jìn)行推測(cè)。然而，動(dòng)態(tài)推測(cè)引起很大的硬件復(fù)雜性，它隨其上施加動(dòng)態(tài)推測(cè)的基本塊的數(shù)目指數(shù)地增加-這在動(dòng)態(tài)推測(cè)的范圍上設(shè)置了實(shí)際的限制。相反，編譯器可以搜索獨(dú)立的指令的范圍大得多，-潛在地為整個(gè)程序。而且，一旦編譯器被設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)單個(gè)基本塊邊界進(jìn)行靜態(tài)推測(cè)，由靜態(tài)推測(cè)幾個(gè)基本塊邊界，就導(dǎo)致非常小的復(fù)雜性。
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中需要一種通過(guò)使能并行執(zhí)行盡可能多的獨(dú)立的指令而達(dá)到更高的性能的機(jī)制。這即使在第二指令以及取決于該指令的計(jì)算，有可能作用在取決于第一指令的執(zhí)行的數(shù)據(jù)時(shí)，也是希望的。
許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)行軟件控制的寄存器重命名。當(dāng)調(diào)用程序過(guò)程調(diào)用被調(diào)用程序過(guò)程時(shí)，調(diào)用程序過(guò)程的本地寄存器被自動(dòng)地保存。調(diào)用程序過(guò)程典型地只提供被調(diào)用程序過(guò)程以包含輸入?yún)⒘康募拇嫫?。如果被調(diào)用程序過(guò)程需要它自己的寄存器，則被調(diào)用程序過(guò)程分配更多的寄存器。在返回到調(diào)用程序過(guò)程時(shí)，調(diào)用程序過(guò)程的本地寄存器被自動(dòng)地恢復(fù)。
軟件控制的寄存器重命名典型地是在大的物理寄存器庫(kù)上進(jìn)行的。在調(diào)用時(shí)，重命名基本指針(即，幀的底部)被加上調(diào)用程序過(guò)程的本地寄存器的數(shù)目。在返回時(shí)，重命名基本指針被減去調(diào)用程序過(guò)程的本地寄存器的數(shù)目。
當(dāng)進(jìn)行一系列調(diào)用，和可提供的寄存器的數(shù)目用完時(shí)，軟件控制的寄存器重命名只環(huán)繞(wrap around)物理寄存器的底部進(jìn)行處理。當(dāng)請(qǐng)求的物理寄存器比可提供的寄存器多時(shí)，寄存器值被溢出到存儲(chǔ)器。這樣，寄存器的軟件可看見(jiàn)的幀被變換到物理寄存器。物理寄存器被概念性地安排在圓圈上，以及當(dāng)執(zhí)行調(diào)用時(shí)，寄存器的軟件可看見(jiàn)的幀圍繞物理寄存器的概念性的圓周前進(jìn)。
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中需要一種機(jī)制，它使得即使在第二指令以及取決于該指令的計(jì)算，有可能作用在取決于第一指令的執(zhí)行的數(shù)據(jù)時(shí)，也并行執(zhí)行的獨(dú)立指令的數(shù)目最大化。另外，希望這樣的機(jī)制是與上述的軟件控制的寄存器重命名機(jī)制完全地和有效地兼容的。
本發(fā)明提供一種包括存儲(chǔ)編譯器的存儲(chǔ)器的方法和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。編譯的程序包括存儲(chǔ)指令、被調(diào)度在存儲(chǔ)指令前面的裝載指令、和檢驗(yàn)指令。處理器執(zhí)行編譯器。物理寄存器保存用于編譯的程序的數(shù)據(jù)。一部分物理寄存器形成寄存器堆棧，當(dāng)充滿時(shí)進(jìn)行環(huán)繞式處理。N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)，跟蹤導(dǎo)致寄存器堆棧環(huán)繞處理或不環(huán)繞處理的物理寄存器再映射事件。提前裝載地址表(ALAT)具有相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目具有至少一個(gè)存儲(chǔ)器范圍區(qū)，規(guī)定由相應(yīng)的裝載指令存取的存儲(chǔ)器單元的范圍，物理寄存器數(shù)目區(qū)，相應(yīng)于在相應(yīng)的裝載指令中存取的物理寄存器，以及N比特寄存器環(huán)繞處理區(qū)，它相應(yīng)于對(duì)于相應(yīng)的裝載指令的N比特的當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)。檢驗(yàn)指令存取ALAT，確定被安排在存儲(chǔ)指令之前的存儲(chǔ)指令和裝載指令是否潛在地存取公共的存儲(chǔ)器單元。
在一個(gè)實(shí)施例中，在執(zhí)行存儲(chǔ)指令以后，相應(yīng)于ALAT中的裝載指令的項(xiàng)目不存在表示公共的存儲(chǔ)器單元可能已被存儲(chǔ)和裝載指令存取。在一個(gè)實(shí)施例中，如果存儲(chǔ)指令和裝載指令存取共同的存儲(chǔ)器單元，則存儲(chǔ)指令的執(zhí)行清除ALAT中的相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目。在一個(gè)實(shí)施例中，如果存儲(chǔ)指令和裝載指令存取存儲(chǔ)器的公共范圍，則存儲(chǔ)指令的執(zhí)行清除ALAT中的相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目。
在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)使寄存器堆棧環(huán)繞處理的調(diào)用再映射事件N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)被增量。處理器然后搜索ALAT找出在其寄存器環(huán)繞處理區(qū)具有與更新的N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)相匹配的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值的項(xiàng)目，并清除ALAT中的在其寄存器環(huán)繞處理區(qū)具有匹配的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值的所有的項(xiàng)目。同樣地，N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)響應(yīng)使寄存器堆棧不環(huán)繞處理的返回再映射事件被減量，然后處理器搜索ALAT找出在其寄存器環(huán)繞處理區(qū)具有與更新的N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)相匹配的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值的項(xiàng)目，以及清除ALAT中的在其寄存器環(huán)繞處理區(qū)具有匹配的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值的所有的項(xiàng)目。
在一個(gè)實(shí)施例中，N比特寄存器環(huán)繞處理區(qū)增大物理寄存器數(shù)目區(qū)，以便形成用于相應(yīng)的裝載指令的擴(kuò)展的物理寄存器數(shù)目。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)存儲(chǔ)器范圍區(qū)包括存儲(chǔ)器地址區(qū)和存儲(chǔ)器存取大小區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，ALAT中的每個(gè)項(xiàng)目包括寄存器類型區(qū)，表示在裝載指令中存取的物理寄存器的類型，例如，在裝載指令中可存取的物理寄存器的類型可以包括通用存儲(chǔ)器和浮點(diǎn)存儲(chǔ)器。在一個(gè)實(shí)施例中，ALAT中的每個(gè)項(xiàng)目還包括表示該項(xiàng)目是否有效的有效比特區(qū)。
在一個(gè)實(shí)施例中，被編譯的程序包括恢復(fù)代碼，當(dāng)檢驗(yàn)指令確定在程序執(zhí)行期間存儲(chǔ)指令和裝載指令已存取公共存儲(chǔ)器單元時(shí)控制被傳遞給它?；謴?fù)代碼包括用于重新執(zhí)行裝載指令的代碼。
在一個(gè)實(shí)施例中，被編譯的程序包括至少一個(gè)取決于由裝載指令讀出的數(shù)據(jù)的計(jì)算指令，其中該至少一個(gè)計(jì)算指令在存儲(chǔ)指令之前被調(diào)度。在一個(gè)實(shí)施例中，被編譯的程序也包括恢復(fù)代碼，當(dāng)檢驗(yàn)指令確定在程序執(zhí)行期間存儲(chǔ)指令和裝載指令已存取公共存儲(chǔ)器單元時(shí)控制被傳遞給它。恢復(fù)代碼包括用于重新執(zhí)行裝載指令和該至少一個(gè)計(jì)算指令的代碼。
按照本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)允許按照本發(fā)明的ALAT記錄在提前裝載時(shí)使用的物理寄存器數(shù)目而由于ALAT中的項(xiàng)目根據(jù)寄存器地址環(huán)繞處理被無(wú)效，不引起過(guò)大的提前裝載恢復(fù)化費(fèi)，有效地組合用于實(shí)施改進(jìn)裝載的ALAT機(jī)制和用寄存器的軟件控制的重命名實(shí)行的寄存器堆棧機(jī)制。


圖1是其上可實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方框圖。
圖2是圖1的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通用寄存器的一個(gè)實(shí)施例的圖。
圖3是圖1的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的浮點(diǎn)寄存器的一個(gè)實(shí)施例的圖。
圖4是圖1的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用寄存器文件的一個(gè)實(shí)施例的圖。
圖5是圖1的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的當(dāng)前幀標(biāo)志的一個(gè)實(shí)施例的圖。
圖6描繪了原先的代碼序列，包括存儲(chǔ)器存儲(chǔ)指令后面是存儲(chǔ)器裝載指令。
圖7描繪按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、由通過(guò)使用靜態(tài)數(shù)據(jù)推測(cè)進(jìn)行裝載指令而安排圖6的原先的代碼序列造成的安排的代碼序列。
圖8是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于把裝載指令和依賴于它的指令提前到存儲(chǔ)指令前面的處理過(guò)程的流程圖。
圖9描繪按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于在運(yùn)行時(shí)間執(zhí)行提前的裝載指令的處理過(guò)程的流程圖。
圖10描繪按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、提前的裝載地址表的例子。
在以下的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中，進(jìn)行參考附圖，它形成優(yōu)選實(shí)施例的一部分，以及其中通過(guò)說(shuō)明來(lái)顯示可實(shí)施本發(fā)明的具體的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)看到，可以利用其它實(shí)施例，以及可以作出結(jié)構(gòu)的和邏輯的改變，而不背離本發(fā)明的范圍。所以，以下的詳細(xì)說(shuō)明不是在限制的意義上給出的，以及本發(fā)明的范圍由附屬權(quán)利要求規(guī)定。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種提前裝載地址表(ALAT)用于記錄存儲(chǔ)器地址和寄存器目標(biāo)以不按次序地提前的裝載指令以達(dá)到改進(jìn)性能。按照本發(fā)明的ALAT有效地與軟件控制的寄存器重命名交互，允許ALAT記錄物理寄存器數(shù)目，并通過(guò)根據(jù)被環(huán)繞處理的寄存器地址無(wú)效在按照本發(fā)明的ALAT中的項(xiàng)目，而不引起過(guò)大的提前裝載恢復(fù)的花費(fèi)。本發(fā)明的這些方面可被使用于任何類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)例子是圖1所示的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50包括處理器50、輸入裝置54、輸出裝置56、和存儲(chǔ)器58，它們通過(guò)總線60被連接在一起。存儲(chǔ)器58包括主存儲(chǔ)器62(即，快速易失性存儲(chǔ)器，諸如動(dòng)態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器)和輔助存儲(chǔ)器64(即，非易失性存儲(chǔ)器，諸如閃存儲(chǔ)器和磁盤(pán))。存儲(chǔ)器58存儲(chǔ)在處理器52上執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)程序66。操作系統(tǒng)(OS)68被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器58中，以及控制處理器52和存儲(chǔ)器58，用來(lái)系統(tǒng)操作和用來(lái)執(zhí)行被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器58中的程序66。
程序66在被處理器52執(zhí)行時(shí)控制通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50。程序可以包括編譯器，其功能在下面結(jié)合圖8進(jìn)行描述。
處理器52包括應(yīng)用寄存器組70和系統(tǒng)寄存器組72。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50的體系結(jié)構(gòu)狀態(tài)由應(yīng)用寄存器組70、系統(tǒng)寄存器組72和存儲(chǔ)器58來(lái)表示。應(yīng)用寄存器組70包括可應(yīng)用于被存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器58的應(yīng)用程序的寄存器。系統(tǒng)寄存器組72提供系統(tǒng)寄存器資源，用于處理過(guò)程控制，中斷操縱，保護(hù)，診斷，性能監(jiān)視等等。系統(tǒng)寄存器組72通常只對(duì)于操作系統(tǒng)68是可看見(jiàn)的。
在一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)用寄存器組70具體地包括通用寄存器74，浮點(diǎn)(FP)寄存器76，當(dāng)前幀標(biāo)記(CFM)78，和應(yīng)用寄存器文件80?？杀话ㄔ趹?yīng)用寄存器組70中的、其它例子的寄存器包括比較結(jié)果寄存器，轉(zhuǎn)移信息寄存器，指令指針，進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，和用戶標(biāo)記。
可被包括在系統(tǒng)寄存器組72中的舉例的寄存器包括區(qū)域寄存器，保護(hù)密鑰寄存器，診斷中斷點(diǎn)寄存器，機(jī)器特定的寄存器，處理器狀態(tài)寄存器，轉(zhuǎn)換表后備緩存器(TLB)，和控制寄存器。
圖2上總的顯示通用寄存器74的一個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，通用寄存器74提供中心資源，用于整數(shù)和整數(shù)多媒體計(jì)算。通用寄存器74被分成靜態(tài)通用寄存器82，包括通用寄存器GRO到GRm，和堆棧通用寄存器84，包括通用寄存器GRm＋1到GRn。靜態(tài)通用寄存器82典型地對(duì)于所有過(guò)程是可見(jiàn)的。堆棧通用寄存器84典型地對(duì)每個(gè)過(guò)程是本地的，以及在大小上可以是從零變化到(n－m)個(gè)通用寄存器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50中的寄存器堆棧機(jī)制通過(guò)對(duì)地址的軟件控制的寄存器重命名而被實(shí)施為程序過(guò)程調(diào)用和返回的副作用。否則寄存器堆棧機(jī)制對(duì)于應(yīng)用程序是看不見(jiàn)的。靜態(tài)通用寄存器82必須按照軟件慣例在程序過(guò)程邊界被保存和被恢復(fù)。堆棧通用寄存器84由寄存器堆棧機(jī)自動(dòng)保存和恢復(fù)，而沒(méi)有明顯的軟件干預(yù)。在一個(gè)實(shí)施例中，堆棧通用寄存器84的一部分可被編程地重命名，以便加速循環(huán)。
圖3上總的顯示了浮點(diǎn)寄存器76的一個(gè)實(shí)施例。浮點(diǎn)寄存器76被用于浮點(diǎn)計(jì)算。浮點(diǎn)寄存器76被分成靜態(tài)浮點(diǎn)寄存器86，包括浮點(diǎn)寄存器FPO到FPm和旋轉(zhuǎn)浮點(diǎn)寄存器88，包括FPm＋1到FPn。在一個(gè)實(shí)施例中，靜態(tài)浮點(diǎn)寄存器86包括浮點(diǎn)和多媒體寄存器。在一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)浮點(diǎn)通用寄存器88可被編程地重命名，以便加速循環(huán)。
圖4上總的顯示了應(yīng)用寄存器文件80的一個(gè)實(shí)施例。應(yīng)用寄存器文件80包括特定用途的數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器，用于對(duì)于應(yīng)用指令的應(yīng)用可看見(jiàn)的處理器功能。應(yīng)用寄存器文件80具體地包括以前功能狀態(tài)(PFS)寄存器90，具有多個(gè)區(qū)，表示在調(diào)用指令下在CFM78自動(dòng)地復(fù)制的數(shù)值，以便加速程序調(diào)用。例如，調(diào)用指令的執(zhí)行包括存儲(chǔ)返回堆棧和其它狀態(tài)信息，諸如存儲(chǔ)CFM 79的當(dāng)前幀標(biāo)記在PFS寄存器90的以前幀標(biāo)記區(qū)(PFS.pfm)92中。
堆棧通用寄存器84通過(guò)分配寄存器堆棧幀包括堆棧通用寄存器84的本地的和輸出的寄存器的可編程的數(shù)目，而對(duì)于存儲(chǔ)器中的程序可用的，這些寄存器對(duì)于更多的程序過(guò)程是可看見(jiàn)的。每個(gè)寄存器堆棧幀與一個(gè)幀標(biāo)記相聯(lián)系。幀標(biāo)記描述堆棧通用寄存器84的狀態(tài)。CFM 78在當(dāng)前工作程序過(guò)程內(nèi)保持當(dāng)前寄存器堆棧幀的狀態(tài)。
幀標(biāo)記包含寄存器堆棧幀的各個(gè)部分的大小和在寄存器旋轉(zhuǎn)時(shí)使用的寄存器重命名的基值。圖5上顯示CFM 78的幀標(biāo)記格式。在圖5所示的實(shí)施例中，幀標(biāo)記格式包括堆棧幀區(qū)(CFM.sof)100的大小，堆棧幀區(qū)的本地部分(CFM.sol)102的大小，堆棧幀區(qū)的旋轉(zhuǎn)部分(CFM.sor)104的大小，用于通用寄存器區(qū)的寄存器重命名基數(shù)(CFM.rrb.gr)106；用于浮點(diǎn)寄存器區(qū)的寄存器重命名基數(shù)(CFM.rrb.fr)108；和用于比較結(jié)果寄存器區(qū)的寄存器重命名基數(shù)(CFM.rrb.cr)110。
在調(diào)用時(shí)，CFM 78中的當(dāng)前幀標(biāo)記作為以前的幀標(biāo)記被保存在PFS.pfm區(qū)92。在調(diào)用時(shí)，新的數(shù)值被寫(xiě)到CFM 78中，產(chǎn)生新的寄存器堆棧幀，不用本地或旋轉(zhuǎn)寄存器，而是用一組輸出寄存器，它們是調(diào)用者的過(guò)程的輸出寄存器。另外，在調(diào)用時(shí)，寄存器重命名基數(shù)區(qū)106，108，和110被設(shè)置為零。在返回時(shí)，CFM 78用PFS.pfm區(qū)92中的以前的幀標(biāo)記被恢復(fù)。
用于把堆棧通用寄存器84做成對(duì)于當(dāng)前工作的程序過(guò)程是可用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器堆棧機(jī)制的運(yùn)行具體如下。寄存器堆棧幀的被分成兩個(gè)可變大小的區(qū)域，包括本地區(qū)域和輸出區(qū)域。緊接在調(diào)用以后，新的激活的寄存器堆棧幀的本地區(qū)域的大小是零和新的激活的寄存器堆棧幀的輸出區(qū)域的大小等于調(diào)用者過(guò)程的輸出區(qū)域的大小，以及它重疊到調(diào)用者過(guò)程的輸出區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，特定的分配指令被用來(lái)通過(guò)指定被用來(lái)確定CFM.sof區(qū)100的幀值的大小和CFM.sol區(qū)102的堆棧幀值本地部分的大小的立即值，而動(dòng)態(tài)地重新定出當(dāng)前寄存器堆棧幀的本地和輸出區(qū)域的大小。CFM.sof區(qū)100的值指定對(duì)于當(dāng)前的程序過(guò)程可見(jiàn)的整個(gè)寄存器堆棧幀的大小。CFM.sol區(qū)102的值指定當(dāng)前的寄存器堆棧幀的本地區(qū)域的大小。當(dāng)前寄存器堆棧幀的輸出區(qū)域的大小由在CFM.sof區(qū)100的值與CFM.sol區(qū)102的值之間的值確定。在一個(gè)實(shí)施例中，讀出在當(dāng)前的寄存器堆棧幀外面的堆棧寄存器，返回一個(gè)未規(guī)定的結(jié)果，以及寫(xiě)入在當(dāng)前的寄存器堆棧幀外面的堆棧寄存器，造成非法操作故障。
當(dāng)執(zhí)行一個(gè)調(diào)用時(shí)，在CFM 78中的當(dāng)前幀標(biāo)記的拷貝作為先前的幀標(biāo)記被保存在PFS.pfm區(qū)92中，以及被調(diào)用者的過(guò)程的寄存器堆棧幀如下地被產(chǎn)生。堆棧的通用寄存器84被重命名，以使得在調(diào)用者過(guò)程的輸出區(qū)域中的第一寄存器對(duì)于被調(diào)用者過(guò)程變成為GRm＋1。本地區(qū)域的大小對(duì)于被調(diào)用者過(guò)程被設(shè)置為零。被調(diào)用者的過(guò)程的寄存器堆棧幀的大小，正如更新的CFM.sof區(qū)100表示的，被設(shè)置為調(diào)用指令以前的調(diào)用者的過(guò)程的輸出區(qū)域的大小(即調(diào)用者CFM.sof-調(diào)用者CFM.sol)。
在一個(gè)實(shí)施例中，在調(diào)用者過(guò)程的寄存器堆棧幀的輸出區(qū)域中的數(shù)值對(duì)于被調(diào)用者過(guò)程是可見(jiàn)的，它允許在過(guò)程之間傳送的參量與返回值全部在寄存器中發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)發(fā)出特定的分配指令，過(guò)程寄存器堆棧幀被動(dòng)態(tài)地重新定大小，它不造成寄存器重命名，但確實(shí)改變寄存器堆棧幀的大小和在寄存器堆棧幀的本地與輸出區(qū)域之間的劃分。當(dāng)執(zhí)行返回指令時(shí)，CFM 78用PFS.pfm區(qū)92中的以前的幀標(biāo)記被恢復(fù)，以及寄存器重命名被恢復(fù)到調(diào)用者過(guò)程的配置。
應(yīng)當(dāng)理解，圖1的上述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50僅僅被提供用于說(shuō)明的目的，以及下面描述的本發(fā)明的實(shí)施例可以在各種其它類型和配置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上實(shí)施。
在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50可從執(zhí)行統(tǒng)計(jì)推測(cè)的指令期間遇到的問(wèn)題中恢復(fù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50的一個(gè)實(shí)施例可以執(zhí)行已由編譯器調(diào)度為推測(cè)地執(zhí)行的指令段，驗(yàn)證被推測(cè)地執(zhí)行的指令的執(zhí)行的整體性，以及執(zhí)行糾正問(wèn)題的恢復(fù)代碼，如果檢測(cè)到任何問(wèn)題的話。
指令可被分成兩種類別推測(cè)的和非推測(cè)的。在編譯開(kāi)始時(shí)，所有的指令都被初始化為非推測(cè)的。在調(diào)度過(guò)程期間，當(dāng)編譯器調(diào)度在指令的始發(fā)的基本塊外面的指令時(shí)，編譯器把該指令標(biāo)記為推測(cè)的。遇到異常條件的非推測(cè)的指令產(chǎn)生一個(gè)異常。遇到異常條件的推測(cè)的指令不產(chǎn)生一個(gè)異常，而是把“延緩的異常標(biāo)記”(DET)寫(xiě)入到它們的目的地。異常條件的存在阻止特定的計(jì)算指令用專門(mén)的操作碼完成，所以，指令的目的地包括DET，而不是正確的結(jié)果。讀DET的非推測(cè)指令把另一個(gè)DET寫(xiě)入到指令的目的地(再次指出，目的地不包含正確的結(jié)果)-這種行為被稱為“傳播”。通過(guò)把非推測(cè)指令放置到特定的推測(cè)指令的始發(fā)的基本塊，和通過(guò)配置非推測(cè)指令來(lái)讀出推測(cè)指令的目的地(或DET可被傳播到的任何位置)，由推測(cè)指令產(chǎn)生的DET可以在其中控制被傳送到原先的基本塊的地點(diǎn)被檢測(cè)出。在這個(gè)地點(diǎn)，必須重新創(chuàng)建導(dǎo)致DET的原先創(chuàng)建的異常條件，以及用正確的結(jié)果代替所有的先前傳播的DET。這是通過(guò)被稱為“恢復(fù)”的處理過(guò)程完成的?；謴?fù)可能涉及用由編譯器生成的附加的代碼擴(kuò)大程序；該代碼是具有非推測(cè)形式的依賴的推測(cè)指令組的拷貝，這樣，在執(zhí)行后，所有的異常條件產(chǎn)生異常，以及所有的先前被寫(xiě)入的目的地用正確的結(jié)果進(jìn)行改寫(xiě)?；謴?fù)代碼不一定是指令序列的精確的拷貝，但可以是在執(zhí)行時(shí)達(dá)到同一個(gè)結(jié)果的的代碼。而且，在一個(gè)實(shí)施例中，新的指令被規(guī)定為具有特定的目的檢驗(yàn)DCT的存在和在檢測(cè)到DET的情況下激活相關(guān)的恢復(fù)的代碼。
以上討論的實(shí)施例不取決于DET的精確的形式。另外，用于規(guī)定推測(cè)和非推測(cè)指令的替換的實(shí)施例是可能的。例如，某些指令可被規(guī)定為在推斷上與指令是否被調(diào)度在它們的始發(fā)的基本塊以外是無(wú)關(guān)的。
直到現(xiàn)在所述的推測(cè)被稱為“控制推測(cè)”，因?yàn)橹噶钤诳刂苽魉偷剿鼈円郧氨粓?zhí)行。推測(cè)可以導(dǎo)取除了控制推測(cè)以外的其它形式。其中的一個(gè)例子是“數(shù)據(jù)推測(cè)”，由此，按照本發(fā)明的機(jī)制被規(guī)定為允許指令A(yù)(它可能依賴于指令B)在指令B以前執(zhí)行。雖然數(shù)據(jù)推測(cè)可被應(yīng)用到任何種類的指令，但下面討論裝載和存儲(chǔ)，來(lái)說(shuō)明按照本發(fā)明的數(shù)據(jù)推測(cè)。在存儲(chǔ)下面的裝載通常不能被調(diào)度在存儲(chǔ)的上面，除非可以證明從裝載讀出的地址決不等于由存儲(chǔ)寫(xiě)入的地址。如果地址相等，則裝載應(yīng)當(dāng)接收存儲(chǔ)的結(jié)果。然而，如果能夠證明從裝載讀出的地址決不等于由存儲(chǔ)寫(xiě)入的地址，則裝載可被安全地調(diào)度在存儲(chǔ)的上面。當(dāng)編譯器調(diào)度裝載在存儲(chǔ)的上面時(shí)當(dāng)不能證明由二者訪問(wèn)的地址將決不相等時(shí)，出現(xiàn)數(shù)據(jù)推測(cè)。當(dāng)由二者存取的地址被確定為在運(yùn)行時(shí)間時(shí)相等時(shí)，被稱為沖突的錯(cuò)誤條件出現(xiàn)。在沖突的情況下，恢復(fù)機(jī)制可被利用來(lái)校正任何錯(cuò)誤地寫(xiě)入的目的地。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，即使編譯器確定在兩個(gè)指令之間有沖突，裝載指令和依賴于它的一個(gè)或多個(gè)指令仍被編譯器安排在存儲(chǔ)指令的上面。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及到用于不按次序地提前指令的方法和設(shè)備。這包括調(diào)度第二指令(例如，裝載指令)，以及可能地，要在第一指令(例如，存儲(chǔ)指令)之前執(zhí)行的、依賴于它的整個(gè)計(jì)算，它們可能產(chǎn)生被稱為沖突的錯(cuò)誤條件，由于第一和第二指令存取一部分存儲(chǔ)器中的同一個(gè)地址。
為實(shí)施本發(fā)明的某些方面，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)體系可被規(guī)定為允許編譯器調(diào)度在它們的始發(fā)的基本塊外面的指令(控制推測(cè))，以及調(diào)度并行執(zhí)行指令，它們可以潛在地存取同一個(gè)存儲(chǔ)器單元(數(shù)據(jù)推測(cè))，所以，是潛在地依賴的。這樣的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)體系的一個(gè)例子，在Ross等的、題目為“Computer Architecture for the Deferral ofExceptions on Speculative Instructions(用于延緩?fù)茰y(cè)指令的異常的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)體系)”的、美國(guó)專利No.5,915,117中描述，該專利在此引用，以供參考。雖然下面參照這個(gè)結(jié)構(gòu)體系描述了本發(fā)明的這個(gè)方面，但本發(fā)明并不限于使用這種結(jié)構(gòu)，以及可以通過(guò)使用其它結(jié)構(gòu)體系特性來(lái)實(shí)現(xiàn)，正如下面更詳細(xì)地描述的。
這種新的結(jié)構(gòu)體系規(guī)定一組“推測(cè)性”指令，它們?cè)诔霈F(xiàn)異常條件時(shí)不立即通知一個(gè)異常。而是，通過(guò)把“延緩的異常標(biāo)記”(DET)寫(xiě)入到由指令規(guī)定的目的地，推測(cè)性指令延緩一個(gè)異常。指令組也包含“非推測(cè)性指令”，它們?cè)诔霈F(xiàn)異常條件時(shí)立即通知一個(gè)異常，正如傳統(tǒng)的指令所共有的。
指令異常在限本領(lǐng)域是熟知的，它們包括，但不限于，諸如頁(yè)故障、非法操作數(shù)、特權(quán)違反、被除以零的運(yùn)算、溢出等異常。新的結(jié)構(gòu)體系也提供新的存儲(chǔ)器推測(cè)類型，其中在由編程器規(guī)定的邏輯次序上跟隨在存儲(chǔ)指令后面的裝載指令，根據(jù)這兩個(gè)指令將不存取同一個(gè)存儲(chǔ)器單元的推測(cè)，可以在存儲(chǔ)指令以前被執(zhí)行。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器推測(cè)檢驗(yàn)存取先進(jìn)裝載地址表(ALAT)，諸如在處理器52中的ALAT 98，它包含最新推測(cè)的存儲(chǔ)器存取的記錄，以便確定推測(cè)是否正確。如果推測(cè)正確，則指令被正常地執(zhí)行。如果不正確，則裝載指令以及依賴于裝載的、和被調(diào)度在存儲(chǔ)后面的、任何指令被再次地執(zhí)行，以便檢索由存儲(chǔ)的指令寫(xiě)入的內(nèi)容。
通過(guò)使用被標(biāo)記為推測(cè)性的指令，編譯器可以調(diào)度在它們始發(fā)的基本塊以外的指令，以及可以調(diào)度可能的依賴的存儲(chǔ)器并行存取。如上所述，當(dāng)推測(cè)指令產(chǎn)生一個(gè)異常時(shí)，可以把“延緩的異常標(biāo)記”(DET)寫(xiě)入到由指令規(guī)定的目的地。任何檢測(cè)到在任何的源中的DET的推測(cè)性指令復(fù)制該DET到它的目的地。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)推測(cè)性指令在一個(gè)源中發(fā)現(xiàn)一個(gè)DET時(shí)，它不需要執(zhí)行與指令有關(guān)的功能。指令可以只復(fù)制DET到目的地。這樣，DET傳播到推測(cè)性指令塊。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，包括計(jì)算結(jié)果的目的地可以被檢驗(yàn)找出DET，而不用檢驗(yàn)在計(jì)算時(shí)所使用的每個(gè)操作數(shù)。
在一個(gè)源中檢測(cè)到DET的任何非推測(cè)性指令可以產(chǎn)生一個(gè)立即的異常。因此，DET以數(shù)據(jù)流的方式傳播到推測(cè)性指令，直至(和如果)它們到達(dá)非推測(cè)性指令為止。
如果程序在運(yùn)行時(shí)間確定據(jù)以執(zhí)行指令的推測(cè)是不正確的(例如，被錯(cuò)誤地預(yù)計(jì)的分支)，則程序可僅僅忽略該DET，因?yàn)樵揇ET不會(huì)被程序存取。然而，如果推測(cè)是正確的，則如果，和當(dāng)，產(chǎn)生DET的指令的、始發(fā)的基本塊被執(zhí)行時(shí)，DET被變換成真實(shí)的異常。在一個(gè)實(shí)施例中，這種變換是由被稱為“推測(cè)檢驗(yàn)”指令(或簡(jiǎn)稱為“chk.s”)的指令執(zhí)行的。chk.s指令讀一個(gè)源，以及如果該源包含一個(gè)DET，則轉(zhuǎn)移到特定的目標(biāo)地址，實(shí)施恢復(fù)代碼。同樣地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)器推測(cè)的正確性可以由被稱為“在前檢驗(yàn)”指令(被稱為“chk.a”指令)確定。chk.a確定存儲(chǔ)器單元是否在按順序地被存取，以及如果是的話，則chk.a指令轉(zhuǎn)移到特定的目標(biāo)地址，實(shí)施恢復(fù)代碼。下面將更詳細(xì)地討論chk.a指令。chk.s和chk.a，每個(gè)可以以多種方式來(lái)實(shí)施，這導(dǎo)致被執(zhí)行的指令的流程上的改變。例如，每個(gè)可由條件轉(zhuǎn)移指令實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施例中，ch.s指令和/或ch.a指令可由為一個(gè)指令實(shí)施(它產(chǎn)生一個(gè)調(diào)用異常處理程序的異常)，諸如蹦床檢驗(yàn)指令，以便通過(guò)蹦床機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)控制流改變，諸如在以上引用的、2000年3月8日提交的、題目為“EmulatedBranch Effected by Trampoline Mechanism(通過(guò)蹦床機(jī)制實(shí)現(xiàn)的仿真分支)”的、專利申請(qǐng)序列號(hào)09/521,160中描述的蹦床機(jī)制。
根據(jù)定義，chk.s和chk.a指令總是非推測(cè)性的。通常，如果這些指令檢測(cè)DET或錯(cuò)誤的存儲(chǔ)器推測(cè)，則執(zhí)行恢復(fù)代碼，包括違反的指令的非推測(cè)版本。對(duì)于檢測(cè)到DET的chk.s，在執(zhí)行恢復(fù)代碼后，違反的指令的非推測(cè)版本將用正確的結(jié)果代替它的目的地中的DET和/或產(chǎn)生異常。如果任何以后的推測(cè)性指令依賴于違反的指令，則它們也被包括在要被重新執(zhí)行的恢復(fù)代碼中，因?yàn)镈ET被傳播到以后的推測(cè)指令的目的地，所以這些目的地可能包含錯(cuò)誤的結(jié)果。對(duì)于chk.a指令，恢復(fù)代碼必須重新執(zhí)行違反的裝載指令來(lái)從存儲(chǔ)器裝載正確的內(nèi)容。例外，任何依賴于違反的裝載指令的被調(diào)度在裝載所依賴的存儲(chǔ)的上面的指令也被重新執(zhí)行。下面將進(jìn)一步討論依賴于在存儲(chǔ)上面的裝載的數(shù)值的裝載指令和計(jì)算指令的安排。不依賴于違反的指令的任何指令不被重新執(zhí)行，因?yàn)檫@是不必要的和因?yàn)槿绻匦聢?zhí)行的話，其中某些會(huì)不正確地修改程序狀態(tài)。由于編譯器安排推測(cè)指令和推測(cè)檢驗(yàn)，編譯器將能夠產(chǎn)生適合于特定的推測(cè)指令組的恢復(fù)代碼。
本發(fā)明的一個(gè)方面可以由具有調(diào)度安排用于推測(cè)執(zhí)行的指令和產(chǎn)生適當(dāng)?shù)幕謴?fù)代碼的編譯器和具有能夠執(zhí)行被標(biāo)記為預(yù)測(cè)性的指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，諸如實(shí)施上述的結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，不按次序地被提前到存儲(chǔ)指令之前的裝載指令被使用來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)推測(cè)，以及參照?qǐng)D6-8來(lái)描述這些裝載指令。正如這里使用的，分別參照裝載和存儲(chǔ)指令，表示都和寫(xiě)到存儲(chǔ)器的任何的指令，不管這些指令是否執(zhí)行其它功能。裝載指令典型地比起其它指令，由于存儲(chǔ)器執(zhí)行時(shí)間，需要較長(zhǎng)的執(zhí)行時(shí)間。通過(guò)在執(zhí)行程序時(shí)較早地移動(dòng)裝載指令，提高在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行指令的效率。被稱為提前的裝載的這種裝載，允許提高所執(zhí)行的活動(dòng)的并行性，它需要使用存儲(chǔ)器。
正如上面概略地討論的，通常編譯器不能百分之百的確定性檢測(cè)出裝載指令與存儲(chǔ)指令是否將沖突(即，存取共同的存儲(chǔ)器單元)。這給出達(dá)到并行性的障礙，它迫使更保守的指令調(diào)度，以便不重疊裝載執(zhí)行時(shí)間，即，不把裝載移到它可能與之沖突的存儲(chǔ)之前。然而，在這些情況的很大的百分比的情況中，裝載和存儲(chǔ)指令事實(shí)上不沖突。因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例允許裝載指令和依賴于它的計(jì)算在潛在地沖突的存儲(chǔ)指令之前執(zhí)行，作為改進(jìn)單個(gè)或多個(gè)處理器系統(tǒng)中程序執(zhí)行的并行性的一個(gè)方法。
考慮圖6所示的簡(jiǎn)單的原先的代碼30。代碼30包括指令I(lǐng)22，它把寄存器r3的內(nèi)容存儲(chǔ)在由寄存器r1的內(nèi)容變址的存儲(chǔ)器單元；指令I(lǐng)24，它用由寄存器r2的內(nèi)容變址的存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容裝載寄存器r4；以及指令I(lǐng)26，它把寄存器r4和r6相加和把結(jié)果寫(xiě)入到寄存器r5。假定當(dāng)編譯器安排代碼30時(shí)，它確定當(dāng)指令I(lǐng)22和I24被執(zhí)行時(shí)，多半不會(huì)是寄存器r1的內(nèi)容將是與寄存器r2的內(nèi)容相同的，但這不是不可能的。而且，假定編譯器確定，把指令I(lǐng)24和I26安排在指令I(lǐng)22以前(或并行地)，是更有效的。對(duì)于安排并行地指令，應(yīng)當(dāng)看到，即使在單個(gè)處理器系統(tǒng)中，單個(gè)處理器將典型地包括多個(gè)執(zhí)行單元，在其上可以并行地執(zhí)行多個(gè)指令。
圖7顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的調(diào)度的代碼40，它們是當(dāng)編譯器安排圖6的原先的代碼30時(shí)被產(chǎn)生的。代碼40包括被安排在指令I(lǐng)22(存儲(chǔ)指令)以前的指令I(lǐng)24和I26。應(yīng)當(dāng)指出，“.a”(表示進(jìn)行的指令)已被附加到裝載指令上，表示這個(gè)裝載指令記錄裝載地址在ALAT 98中。指令I(lǐng)25是chk.a指令，它檢驗(yàn)ALAT 98，確定裝載(I24)和存儲(chǔ)(I22)指令是否存取到同一個(gè)存儲(chǔ)器單元。如果寄存器r1和r2的內(nèi)容不相等，則指令不存取到同一個(gè)存儲(chǔ)器單元，以及chk.a(I22)不采取行動(dòng)。然而，如果寄存器r1和r2的內(nèi)容是相等的，則chk.a指令(I25)檢測(cè)數(shù)據(jù)推測(cè)錯(cuò)誤和轉(zhuǎn)移到在指令I(lǐng)24r開(kāi)始的恢復(fù)代碼。指令I(lǐng)24r重新執(zhí)行裝載指令，造成正確的結(jié)果被裝載到寄存器r4，因?yàn)樵诖鎯?chǔ)指令(I22)以后重新執(zhí)行裝載指令。指令I(lǐng)26r重新執(zhí)行相加指令，它把正確的結(jié)果寫(xiě)入到寄存器r5，以及指令I(lǐng)23r轉(zhuǎn)移到指令I(lǐng)25，它驗(yàn)證沒(méi)有數(shù)據(jù)推測(cè)錯(cuò)誤。
圖8是顯示一個(gè)可被編譯器實(shí)施的、以便產(chǎn)生圖7所示的調(diào)度的代碼改變的、示例性程序的流程圖。這個(gè)流程圖僅僅作為例子被提供，因?yàn)槠渌膶?shí)施方案也是可能的。本發(fā)明并不限于結(jié)合特定的程序語(yǔ)言或計(jì)算機(jī)配置使用，以及可被應(yīng)用到在單個(gè)或多個(gè)處理器系統(tǒng)中使用的編譯器。
圖8的處理從步驟503開(kāi)始，這時(shí)，編譯器建立傳統(tǒng)的依賴性圖，代表在還沒(méi)有被編譯器調(diào)度的源計(jì)算機(jī)程序中的指令。本發(fā)明不限于任何特定的類型的圖。依賴性圖可以取幾種形式，包括具有代表一段源計(jì)算機(jī)程序的至少一條路徑和代表這段源計(jì)算機(jī)程序中每個(gè)指令的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的圖。用于每個(gè)程序的依賴性圖典型地包括多條路徑，每條路徑帶有多個(gè)節(jié)點(diǎn)。代表一個(gè)指令的節(jié)點(diǎn)可以用與指令有關(guān)的信息進(jìn)行注釋，諸如為執(zhí)行指令所需要的時(shí)鐘周期數(shù)。典型地，圖上的弧線連接的節(jié)點(diǎn)表示指令之間的依賴性。
在步驟506，編譯器檢查該圖，以及確定圖上的哪條路徑包括導(dǎo)致從開(kāi)始到結(jié)束的最長(zhǎng)的總的執(zhí)行時(shí)間的一系列指令。
在步驟509，編譯器試圖使得程序中最長(zhǎng)的路徑的執(zhí)行優(yōu)化，因?yàn)樽铋L(zhǎng)的路徑代表在程序中的、限制指令序列的運(yùn)行時(shí)間的關(guān)鍵部分。傳統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)可被編譯器使用，以及下面描述另一個(gè)優(yōu)化技術(shù)，因?yàn)樗鼈兩婕暗教崆暗难b載和它的相關(guān)的計(jì)算。
如上所述，編譯器可以優(yōu)化最長(zhǎng)的關(guān)鍵路徑的一個(gè)方法是通過(guò)數(shù)據(jù)推測(cè)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這可以包括移動(dòng)指令，諸如包括讀操作的裝載指令。在步驟512，編譯器確定裝載指令是否在最長(zhǎng)的關(guān)鍵路徑。如果裝載被包括在最長(zhǎng)的路徑，則編譯器可以提前裝載和依賴于它的指令，作為一個(gè)優(yōu)化的方法，諸如下面進(jìn)一步討論的。
當(dāng)發(fā)現(xiàn)裝載指令在被縮短的路徑上時(shí)，編譯器在步驟521接著確定，哪些計(jì)算指令依賴于由裝載指令讀出的數(shù)據(jù)。計(jì)算是依賴的，如果它們需要使用從完成裝載指令得出的數(shù)值。
在步驟524，裝載指令從調(diào)度的指令序列中它的位置被去除。在步驟527，依賴于裝載的計(jì)算(在步驟521中標(biāo)識(shí)的)被提前到跟隨在裝載指令后面，這樣，裝載指令和依賴于裝載指令的計(jì)算被提前，允許指令序列的優(yōu)化。編譯器把被標(biāo)記為“1d.a”的裝載指令提前到其中它的執(zhí)行可以導(dǎo)致程序的總的改進(jìn)的性能的存儲(chǔ)單元之前。
正如上面討論的，存儲(chǔ)指令可能存在于在依賴性圖的路徑上在裝載指令“l(fā)d.a”之前，以及編譯器可能不能夠確定足夠裝載和存儲(chǔ)是否沖突(即，使用同一個(gè)存儲(chǔ)器單元)。在步驟530，編譯器確定是否有裝載與存儲(chǔ)不沖突的絕對(duì)肯定性。
當(dāng)它不能確定裝載與它移動(dòng)到其前面的存儲(chǔ)將不沖突的肯定性時(shí)，則在步驟533，把在步驟524被去除的裝載指令用檢驗(yàn)指令代替，諸如以上結(jié)合圖6和7描述的chk.a指令。chk.a指令代替裝載指令，以及如果它沒(méi)有被提前，則它在原先安排裝載的地方被執(zhí)行。
在步驟536，編譯器產(chǎn)生恢復(fù)代碼，用于在步驟527進(jìn)行提前的裝載和依賴于提前裝載的計(jì)算?；謴?fù)代碼將被chk.a指令調(diào)用，如果必要的話，諸如下面描述的。
當(dāng)裝載指令在步驟512在最長(zhǎng)的關(guān)鍵路徑中被找到時(shí)，或當(dāng)在步驟530確定編譯器絕對(duì)肯定，裝載指令沒(méi)有被提前到將與其沖突的存儲(chǔ)指令以前(這樣，不需要檢驗(yàn)指令或恢復(fù)代碼)，或在步驟536生成恢復(fù)代碼以后，則處理過(guò)程在步驟539繼續(xù)進(jìn)行，其中編譯器確定是否有可被潛在地優(yōu)化的最長(zhǎng)的關(guān)鍵路徑留下。編譯器可以在程序中優(yōu)化每個(gè)下一個(gè)最長(zhǎng)的路徑，直至編譯器盡可能多地優(yōu)化源程序，由此，改進(jìn)了執(zhí)行源程序的并行性。
當(dāng)在步驟539，確定編譯器不能進(jìn)一步優(yōu)化時(shí)，程序過(guò)程進(jìn)到步驟542，其中編譯器安排用于執(zhí)行優(yōu)化指令序列。然而，當(dāng)編譯器在步驟539確定留下有可被潛在地優(yōu)化的最長(zhǎng)的關(guān)鍵路徑時(shí)，編譯器在步驟506識(shí)別下一個(gè)最長(zhǎng)的路徑。這樣，處理過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，直至圖上可被優(yōu)化的所有的路徑被優(yōu)化為止。
在步驟542，編譯器調(diào)度反映執(zhí)行次序的任何改變的指令的執(zhí)行，正如由上述的優(yōu)化程序過(guò)程所實(shí)行的。編譯器可以以多種方式，潛在地利用并行執(zhí)行單元，來(lái)安排程序中指令的執(zhí)行，以及本發(fā)明并不限于任何特定的調(diào)度機(jī)制。對(duì)于上面在圖6中描述的例子，結(jié)果的優(yōu)化代碼顯示于圖7，恢復(fù)代碼被表示為指令I(lǐng)24，I26，和I23r。
圖9是顯示當(dāng)執(zhí)行通過(guò)技術(shù)(諸如上面結(jié)合圖8描述的技術(shù)，包括不按次序地提前裝載指令和依賴的計(jì)算到存儲(chǔ)之前)被優(yōu)化的指令序列時(shí)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50，執(zhí)行的程序的流程圖。調(diào)度的指令序列的執(zhí)行在步驟603開(kāi)始。在指令序列執(zhí)行期間，在步驟606，執(zhí)行提前的裝載(例如，圖7上的ld.a)。在提前的裝載指令被執(zhí)行以后，在步驟609，ALAT 98被更新來(lái)記錄由提前的裝載指令讀出的存儲(chǔ)器單元的范圍(例如，在r2中的地址)。在ALAT 98中做出一個(gè)項(xiàng)目，以便允許后面執(zhí)行的存儲(chǔ)指令，諸如步驟618中執(zhí)行的存儲(chǔ)指令，確定提前的裝載和存儲(chǔ)指令是否已存取共同的存儲(chǔ)器單元。ALAT 98可以用處理器52中的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)或與處理器52相聯(lián)系地來(lái)實(shí)施，以便允許將特定的提前的裝載和它的相應(yīng)的存儲(chǔ)指令的存儲(chǔ)器地址的范圍進(jìn)行比較。
圖10上顯示按照本發(fā)明的ALAT 98的一個(gè)實(shí)施例。ALAT中的一個(gè)項(xiàng)目包括物理存儲(chǔ)器地址區(qū)112和存儲(chǔ)器存取大小區(qū)114，它們合在一起規(guī)定所存取的存儲(chǔ)器單元的范圍。本發(fā)明并不限于這種規(guī)定存儲(chǔ)器單元的范圍的方法，因?yàn)榭梢圆捎迷S多其它技術(shù)。例如，所存取的存儲(chǔ)器范圍可以通過(guò)起始的和結(jié)束的存儲(chǔ)器地址，或通過(guò)存儲(chǔ)器結(jié)束地址和范圍來(lái)規(guī)定。在圖10所示的實(shí)施例中，ALAT 98也包括有效比特區(qū)116，它被使用來(lái)表示項(xiàng)目是否有效。正如下面討論的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，有很多次想要無(wú)效ALAT 98中的項(xiàng)目(例如，在兩個(gè)應(yīng)用項(xiàng)之間前后關(guān)系切換)。有效比特區(qū)116給出用于執(zhí)行這樣的無(wú)效的方便的機(jī)制。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，同時(shí)有多個(gè)裝載，每個(gè)裝載被提前到相應(yīng)的存儲(chǔ)之前。正如項(xiàng)目討論的，在程序執(zhí)行期間，提供一種用于驗(yàn)證在每對(duì)裝載和存儲(chǔ)之間不發(fā)生沖突的技術(shù)。這樣，在一個(gè)實(shí)施例中，ALAT 98包括唯一地識(shí)別它相應(yīng)于的、提前的裝載指令的信息，這樣，項(xiàng)目可被標(biāo)識(shí)以確定與相應(yīng)的存儲(chǔ)指令的可能的沖突。這個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)可以以任何數(shù)目的方式實(shí)現(xiàn)，以及ALAT 98不限于任何特定的實(shí)施方案。在圖10所示的ALAT 98的實(shí)施例中，用于特定的提前的裝載的項(xiàng)目是根據(jù)在提前的裝載指令中所使用的寄存器的物理寄存器號(hào)碼和類型(例如，通用的或浮點(diǎn)的)被變址的。用于每個(gè)指令的物理寄存器號(hào)碼由編譯器分配，它確保獨(dú)特的寄存器被使用于每個(gè)提前的裝載指令。
這樣，圖10所示的ALAT 98的實(shí)施例包括項(xiàng)目，這些項(xiàng)目有物理寄存器號(hào)碼區(qū)118，相應(yīng)于在提前裝載指令中存取的實(shí)際的物理寄存器，和寄存器類型區(qū)120，它表示在提前裝載指令中存取的實(shí)際的物理寄存器是通用的，還是浮點(diǎn)寄存器。另外，用于ALAT 98中每個(gè)項(xiàng)目的物理寄存器號(hào)碼區(qū)118擴(kuò)大到相應(yīng)于在提前裝載指令中使用的N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99(圖1所示的)的寄存器環(huán)繞處理N比特區(qū)122，以便擴(kuò)展用于提前的裝載指令的物理寄存器號(hào)碼，這允許根據(jù)按照本發(fā)明的環(huán)繞處理的寄存器地址有效地?zé)o效ALAT 98中的項(xiàng)目。在下面詳細(xì)地描述利用當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99和寄存器環(huán)繞處理區(qū)122用于根據(jù)寄存器環(huán)繞處理來(lái)無(wú)效ALAT項(xiàng)目。
參照?qǐng)D9，當(dāng)在步驟606執(zhí)行提前的裝載時(shí)和在作出ALAT 98中的項(xiàng)目以前，ALAT 98通過(guò)使用目標(biāo)寄存器號(hào)碼作為索引被存取，以及ALAT 98被檢驗(yàn)，以便確定是否已存在相應(yīng)于由提前的裝載使用的目標(biāo)寄存器號(hào)碼的項(xiàng)目。如果有一個(gè)項(xiàng)目，則把它去除，因?yàn)樗ㄅc本提前的裝載無(wú)關(guān)的信息，以及多半是在執(zhí)行先前的提前裝載期間輸入的。在具有從先前執(zhí)行的提前裝載得出的數(shù)據(jù)的現(xiàn)有的項(xiàng)目被清除以后，或當(dāng)在ALAT 98中找到相應(yīng)于現(xiàn)在的提前裝載的目標(biāo)寄存器號(hào)碼的空的位置時(shí)，做出由目標(biāo)寄存器號(hào)碼為下標(biāo)的新的項(xiàng)目，用于現(xiàn)在的提前的裝載指令。
在提前的裝載被執(zhí)行和ALAT 98被更新以后，在步驟612，執(zhí)行依賴于提前裝載指令(例如，I24，I26)的結(jié)果的計(jì)算指令。在以上討論的例子中，依賴的計(jì)算包括相加指令I(lǐng)26，如圖7所示。任何跟隨在提前裝載指令后面的、以及在存儲(chǔ)指令(該裝載被提前到它的前面)前面的其它指令，在步驟615被執(zhí)行。
在步驟618，裝載被提前到它前面的、以及裝載可能與它發(fā)生沖突的、存儲(chǔ)指令(例如，I22)被執(zhí)行。在圖7所示的例子中，存儲(chǔ)指令I(lǐng)24存取地址r1。在執(zhí)行存儲(chǔ)指令I(lǐng)22時(shí)，ALAT 98中所有的有效的項(xiàng)目通過(guò)使用由存儲(chǔ)指令寫(xiě)入的存儲(chǔ)器的物理地址和存儲(chǔ)器區(qū)域的大小來(lái)進(jìn)行搜索。這種搜索可以以任何數(shù)目的方式完成，以及本發(fā)明并不限于任何特定的技術(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，ALAT 98被安排為全部相關(guān)的內(nèi)容可尋址的存儲(chǔ)器，以使得所有的有效的項(xiàng)目被同時(shí)搜索。這些項(xiàng)目被進(jìn)行搜索，以便確定在存儲(chǔ)指令與任何提前的裝載指令之間是否出現(xiàn)沖突。如果在ALAT 98中找到提前的裝載(例如，I24)的存儲(chǔ)器空間的范圍與用于存儲(chǔ)指令(例如，I22)的存儲(chǔ)器空間的范圍相重疊，則出現(xiàn)一個(gè)沖突。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到?jīng)_突時(shí)，ALAT 98中的、用于相應(yīng)于沖突的提前裝載的地址的項(xiàng)目在步驟621被去除，通知該沖突。在步驟621，如果由存儲(chǔ)指令(例如，I22)存入的存儲(chǔ)器空間的范圍與任何提前的裝載指令(例如，I24)不重疊，則ALAT 98中相應(yīng)于特定的提前的裝載指令的項(xiàng)目仍保留在ALAT 98中。
應(yīng)當(dāng)理解，被提前的裝載指令可以被移到多個(gè)存儲(chǔ)指令之前，每個(gè)存儲(chǔ)指令可能潛在地與裝載指令相沖突。在一系列存儲(chǔ)指令后面的單個(gè)檢驗(yàn)指令可被使用來(lái)檢測(cè)，多個(gè)存儲(chǔ)指令的任一個(gè)存儲(chǔ)指令是否與裝載指令相沖突，因?yàn)閳?zhí)行每個(gè)存儲(chǔ)指令包括搜索ALAT 98中的所有的項(xiàng)目，來(lái)確定是否出現(xiàn)沖突。這樣，檢驗(yàn)指令是和程序中存儲(chǔ)指令的數(shù)目無(wú)關(guān)的，因?yàn)閱为?dú)的檢驗(yàn)指令代替在步驟533中被提前的每個(gè)裝載指令，以及每個(gè)檢驗(yàn)指令檢查ALAT 98，如下面在步驟623中描述的。
也應(yīng)當(dāng)理解，即使對(duì)于由提前的裝載與存儲(chǔ)指令存取的數(shù)據(jù)的起始地址是不相同，在提前的裝載與存儲(chǔ)之間也會(huì)出現(xiàn)沖突，正如上面討論的。具體地，每個(gè)指令可以存取多個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。這樣，如果在由提前的裝載指令讀出的數(shù)據(jù)占用的存儲(chǔ)器地址的范圍與由存儲(chǔ)指令寫(xiě)入的數(shù)據(jù)占用的存儲(chǔ)器地址的范圍之間有沖突，則就會(huì)出現(xiàn)沖突。沖突的檢測(cè)可以以多種方式來(lái)實(shí)行，以及本發(fā)明并不限于任何特定的實(shí)施方案。然而，用硬件實(shí)施全范圍的比較會(huì)是昂貴的。所以，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用一種確定沖突的方法，對(duì)于由提前的裝載和存儲(chǔ)指令存取的數(shù)據(jù)的地址不實(shí)行全范圍比較。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，給出一種優(yōu)選的、用于大小上對(duì)準(zhǔn)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)的方法，以使得用于數(shù)據(jù)塊的起始地址優(yōu)選地是數(shù)據(jù)大小的偶倍數(shù)。例如，包括四字節(jié)的數(shù)據(jù)塊優(yōu)選地被存儲(chǔ)在一個(gè)地址，在該地址中兩個(gè)最低位(LSB)是零，八字節(jié)的數(shù)據(jù)塊優(yōu)選地被存儲(chǔ)在一個(gè)地址，在該地址中三個(gè)最低位(LSB)是零，等等。當(dāng)數(shù)據(jù)在大小上對(duì)準(zhǔn)時(shí)，沖突可以通過(guò)只執(zhí)行對(duì)于由提前的裝載與存儲(chǔ)指令存取的數(shù)據(jù)的起始地址的直接相等比較而被檢測(cè)。應(yīng)當(dāng)看到，直接相等比較比起全范圍的比較，在硬件實(shí)施上化費(fèi)少得多。當(dāng)數(shù)據(jù)被錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)時(shí)，如果只有有限量的錯(cuò)誤對(duì)準(zhǔn)，以使得誤對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)可以在更大的大小對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)范圍上適配，則在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，硬件處理該存取誤對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)的指令(例如，裝載指令)，就好像它正在存取更大的大小對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)范圍一樣。例如，如果裝載指令存取存儲(chǔ)器中八字節(jié)的誤對(duì)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，但由存儲(chǔ)指令存取的數(shù)據(jù)適合于大小對(duì)準(zhǔn)的32字節(jié)范圍，則裝載指令被當(dāng)作為存取32字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。應(yīng)當(dāng)看到，通過(guò)把指令處理為利用較大的大小對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)塊，可能會(huì)有由提前的裝載和存儲(chǔ)指令存取的數(shù)據(jù)地址出現(xiàn)重疊，但由一個(gè)指令實(shí)際存取的真實(shí)的數(shù)據(jù)(在以上例子中的8字節(jié))沒(méi)有重疊的情形，這導(dǎo)致檢測(cè)到假?zèng)_突。這種性能損失是對(duì)于減小用于檢測(cè)沖突的硬件的復(fù)雜性而付出的代價(jià)。如果數(shù)據(jù)很大地被誤對(duì)準(zhǔn)，以及不適合于合理地大的大小對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)范圍，則硬件將不處理裝載或存儲(chǔ)指令。對(duì)于裝載，沒(méi)有項(xiàng)目被插入到ALAT 98中，這導(dǎo)致表示一個(gè)沖突。雖然這可能導(dǎo)致檢測(cè)出假?zèng)_突，但這種性能損失是對(duì)于減小用于檢測(cè)沖突的硬件的復(fù)雜性而付出的代價(jià)。對(duì)于被很大地誤對(duì)準(zhǔn)的存儲(chǔ)指令，指令可被分成一系列更小的存儲(chǔ)指令。在一個(gè)實(shí)施例中，硬件可被使用來(lái)把較大的存儲(chǔ)指令分成該一系列多個(gè)存儲(chǔ)指令。在另一個(gè)實(shí)施例中，不能適合于大小對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)范圍的誤對(duì)準(zhǔn)的存儲(chǔ)可被中斷，以及操作系統(tǒng)通過(guò)把存儲(chǔ)指令分成一系列更小的存儲(chǔ)指令而處理存儲(chǔ)。在處理誤對(duì)準(zhǔn)的存儲(chǔ)指令的兩個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于ALAT 98中的有效的項(xiàng)目檢驗(yàn)在序列中的每個(gè)較小的存儲(chǔ)指令，正如在步驟618中描述的。如果對(duì)于任何較小的存儲(chǔ)指令的存儲(chǔ)器空間的范圍與提前的裝載的存儲(chǔ)器空間的范圍相重疊，則表示有沖突，如步驟621中描述的。這樣，執(zhí)行每個(gè)較小的存儲(chǔ)指令，給出了與執(zhí)行單個(gè)較大的存儲(chǔ)指令時(shí)相同的結(jié)果。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在被利用來(lái)檢測(cè)沖突的硬件中的另一個(gè)節(jié)省是通過(guò)使用由忽略地址的一個(gè)或多個(gè)最高位(MSB)進(jìn)行的用于相等比較的部分地址而達(dá)到的。忽略一個(gè)或多個(gè)MSB，導(dǎo)致ALAT98的大小上和用來(lái)執(zhí)行相等比較的硬件的減小，因?yàn)樵贏LAT 98中較少的比特被存儲(chǔ)用于每個(gè)項(xiàng)目，和較少的比特被比較。例如，對(duì)于64比特?cái)?shù)據(jù)地址，只有裝載的20個(gè)最低位被保存在ALAT 98中，以及在相等比較中被使用。應(yīng)當(dāng)看到，忽略一個(gè)或多個(gè)MSB，可導(dǎo)致檢測(cè)到某些假?zèng)_突。具體地，當(dāng)ALAT 98在執(zhí)行存儲(chǔ)指令時(shí)被搜索時(shí)(例如在步驟618)，對(duì)于存儲(chǔ)指令的數(shù)據(jù)和裝載指令的數(shù)據(jù)的完全的起始地址對(duì)于在其上執(zhí)行相等比較的LSB(例如，20個(gè)LSB)可以是相同的，但對(duì)于被忽略的一個(gè)或多個(gè)MSB可以不同的。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，將例如通過(guò)切換控制流到恢復(fù)代碼，將好像沖突實(shí)際上發(fā)生那樣地執(zhí)行圖9的子程序。應(yīng)當(dāng)看到，由于從事實(shí)上沒(méi)有發(fā)生的沖突中恢復(fù)，所以，假檢測(cè)將導(dǎo)致某些性能惡化。這種性能損失是對(duì)于減小用于檢測(cè)沖突的硬件的復(fù)雜性而付出的代價(jià)。當(dāng)確定在檢測(cè)方案中忽略多少個(gè)(如果有的話)MSB時(shí)，可以考慮在這些競(jìng)爭(zhēng)的因素之間的平衡。
在步驟623，chk.a指令(例如，I25)被執(zhí)行，用于在步驟606執(zhí)行的提前的裝載指令。在一個(gè)實(shí)施例中，chk.a指令檢查ALAT 98，通過(guò)確定是否有用于提前的裝載指令(例如，I24)的項(xiàng)目，而確定是否出現(xiàn)沖突。通過(guò)使用目標(biāo)寄存器的識(shí)別符作為索引和由在步驟621在ALAT 98中被更新信息的、提前的裝載指令(例如，I24)所使用的寄存器類型，chk.a指令檢查ALAT 98。在步驟624，如果在ALAT 98中找到相應(yīng)于由chk.a指令代替的特定的提前的裝載指令的項(xiàng)目，則chk.a指令認(rèn)識(shí)到，存儲(chǔ)指令(例如，I22)和被提前到存儲(chǔ)前面的裝載指令(例如，I24)沒(méi)有沖突。所以，由存儲(chǔ)指令讀出的數(shù)據(jù)是有效的，以及在步驟630，子程序進(jìn)到結(jié)束執(zhí)行指令序列。
然而，如果在步驟624，chk.a指令檢查ALAT 98，并在ALAT 98中沒(méi)有看到相應(yīng)于由提前的裝載指令(例如，I24)使用的寄存器地址的項(xiàng)目，則chk.a指令(例如，I25)確定，存儲(chǔ)和提前裝載指令可能已存取相同的存儲(chǔ)器空間(即，沖突)。這樣，采取進(jìn)一步的步驟，確保根據(jù)提前裝載指令(例如，I24)而已被執(zhí)行的提前裝載指令和計(jì)算指令的精確度。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到可能的沖突時(shí)，程序的控制流被改變成執(zhí)行恢復(fù)代碼。正如上面討論的，這可以以許多方式(例如，通過(guò)轉(zhuǎn)移或使用異常處理技術(shù))來(lái)完成。應(yīng)當(dāng)看到，ALAT 98可以用多個(gè)項(xiàng)目來(lái)實(shí)施，這些項(xiàng)目不一定足夠支持可被包括在被執(zhí)行的程序中的所有的提前的本地指令。在圖9所示的實(shí)施例中，chk.a在步驟633轉(zhuǎn)移到恢復(fù)代碼?；謴?fù)代碼的例子在圖7上被顯示為指令I(lǐng)24r，I26r和I23r，它們實(shí)質(zhì)上是命令I(lǐng)24，I26和I23的拷貝。
在步驟636，在步驟524被提前的裝載指令(例如，I24)被重新執(zhí)行。在步驟639，依賴于提前的裝載指令(例如，I24)的指令被重新執(zhí)行。在圖7的例子中，顯示了重新執(zhí)行的裝載指令I(lǐng)24r和依賴的相加指令I(lǐng)26r。這些指令在存儲(chǔ)指令以后被重新執(zhí)行，以便提供裝載指令I(lǐng)24r和它的依賴性的計(jì)算I26r的正確的結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，恢復(fù)代碼可以是由提供與原先執(zhí)行的裝載相同的結(jié)果的編譯器所確定的指令和依賴的計(jì)算指令的組合。
在步驟642，控制流從恢復(fù)代碼返回到編譯的執(zhí)行安排表。這可以通過(guò)使用轉(zhuǎn)移指令，諸如圖7上的I23，而完成。接著，繼續(xù)執(zhí)行安排的指令，直至程序在步驟630結(jié)束。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，ALAT 98具有用于相應(yīng)于32個(gè)提前的指令的項(xiàng)目的空間。在本例的實(shí)施例中，如果在執(zhí)行的程序中有大于32個(gè)提前的指令，則ALAT 98將沒(méi)有足夠的空間用于與所有的提前的指令有關(guān)的信息。當(dāng)ALAT 98是充分的和新的提前的指令被執(zhí)行時(shí)，可以使用代替方案來(lái)取出ALAT 98中的有效的項(xiàng)目，以便為新的指令留出空間。而且，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)在運(yùn)行時(shí)間執(zhí)行在處理過(guò)程之間(諸如在分開(kāi)的編譯的程序之間)進(jìn)行切換時(shí)，在ALAT 98中的項(xiàng)目可被保存用于以后的恢復(fù)，或可被無(wú)效。這樣，在某些情況下，chk.a指令可能沒(méi)有找到用于特定的提前的指令的項(xiàng)目，即使大于該指令沒(méi)有出現(xiàn)沖突。
正如上面討論的，本發(fā)明并不限于特定的ALAT結(jié)構(gòu)，以及可以包括用于確定在裝載和存儲(chǔ)指令之間是否有沖突的其它的替換實(shí)施例。例如，可以使用其它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或比較電路。另外，所使用的ALAT或其它結(jié)構(gòu)在大小和所使用的區(qū)的數(shù)目上可以變化。此外，分開(kāi)的ALAT或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可被使用于每個(gè)多個(gè)寄存器組。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，ALAT可被使用于通用的和浮點(diǎn)的寄存器組。
本發(fā)明可被擴(kuò)展到包括一個(gè)既是控制也是數(shù)據(jù)推測(cè)的指令。
控制從chk.s和chk.a指令到恢復(fù)代碼的轉(zhuǎn)移，可以以多種方式被實(shí)施。例如，chk.s和chk.a指令，在恢復(fù)代碼中的第一指令的地址被包含在chk.s和chk.a指令本身的情況下，每個(gè)呈現(xiàn)為轉(zhuǎn)移指令。替換地，chk.s和chk.a指令可以產(chǎn)生特定的異常，以及異常處理程序可以使用在chk.s和chk.a指令中的數(shù)值，來(lái)識(shí)別相應(yīng)的恢復(fù)代碼，然后用蹦床機(jī)制把控制轉(zhuǎn)移到該恢復(fù)代碼，諸如在以上引用的、2000年3月8日提交的、題目為“Emulated Branch Effected byTrampoline Mechanism(通過(guò)蹦床機(jī)制實(shí)現(xiàn)的仿真分支)”的、美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)09/521,160中描述的。異常處理器也可以使用chk.s或chk.a指令中的地址，它是指令被存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器單元的地址，來(lái)識(shí)別恢復(fù)代碼的位置?；謴?fù)代碼可以是根據(jù)由編譯器產(chǎn)生的表，它包括被編譯器加到編譯的源程序的檢驗(yàn)指令的地址。所以，所執(zhí)行的恢復(fù)代碼由被執(zhí)行的檢驗(yàn)指令識(shí)別。
本發(fā)明允許指令不按次序地被提前，即使當(dāng)編譯器沒(méi)有肯定，被提前的指令將不與后面的指令相沖突時(shí)。正如上面討論的，某些沖突的編譯器可以把多個(gè)裝載指令提前到存儲(chǔ)指令的前面，即使沒(méi)有肯定裝載與存儲(chǔ)將不沖突。在運(yùn)行時(shí)間時(shí)，如果有沖突，裝載指令將在編譯的執(zhí)行調(diào)度中有序(in line)地重新執(zhí)行。相反，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，指令執(zhí)行的優(yōu)化是通過(guò)不單把裝載提前到存儲(chǔ)之前，也提前依賴于它的計(jì)算，而被完成。這使得編譯器和調(diào)度程序能夠最有效地一次使用多個(gè)執(zhí)行單元。而且，代替如果有沖突則只重新執(zhí)行裝載指令，而是執(zhí)行檢驗(yàn)指令，確定是否有沖突，以及控制流程改變?yōu)榛謴?fù)代碼，包括裝載指令和它的依賴的計(jì)算。因此，多個(gè)代碼段可以獨(dú)立地和并行地被執(zhí)行。
按照本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)50有效地組合用于提前的裝載的ALAT機(jī)制和用寄存器的軟件控制的重命名實(shí)施的寄存器堆棧機(jī)制。當(dāng)組合ALAT機(jī)制和寄存器堆棧機(jī)制時(shí)，ALAT不一定記錄軟件可見(jiàn)的寄存器數(shù)目。如果ALAT要記錄軟件可看見(jiàn)的寄存器數(shù)目會(huì)遇到的一個(gè)問(wèn)題由以下的實(shí)例I說(shuō)明。
實(shí)例I過(guò)程A執(zhí)行提前的裝載，從存儲(chǔ)器單元X到通用寄存器GRm＋1。
過(guò)程A調(diào)用過(guò)程B。
發(fā)生寄存器重命名，其中GRm＋1通用寄存器名稱被重新變換到新的物理寄存器。
過(guò)程B進(jìn)行存儲(chǔ)指令到存儲(chǔ)器單元X。
過(guò)程B進(jìn)行提前的裝載，從存儲(chǔ)器單元Y到通用寄存器GRm＋1。
過(guò)程B進(jìn)行存儲(chǔ)指令到存儲(chǔ)器單元Z。
過(guò)程B檢驗(yàn)它的提前的裝載到通用寄存器GRm＋1以及確定程序過(guò)程B的提前的裝載已成功。
過(guò)程B返回到過(guò)程A。
過(guò)程A檢驗(yàn)它的提前的裝載到通用寄存器GRm＋1以及(不正確地)確定過(guò)程A的提前的裝載已成功。
克服以上的例子的問(wèn)題的一個(gè)方法是使得軟件控制的寄存器重命名調(diào)節(jié)ALAT中的所有項(xiàng)目。然而，這種解決辦法在實(shí)施上相當(dāng)復(fù)雜，以及大大地增加ALAT的大小。
為此，按照本發(fā)明的ALAT 98記錄在提前的裝載指令中存取的物理寄存器數(shù)目，諸如被記錄在物理寄存器數(shù)目區(qū)118中。在ALAT 98的物理寄存器數(shù)目區(qū)118中的物理寄存器數(shù)目將與軟件可看見(jiàn)的寄存器相匹配，只要所有的調(diào)用與返回相匹配。在所有的調(diào)用與返回相匹配的情況下，ALAT 98被軟件清除，以避免任何無(wú)效的項(xiàng)目。然而，這種清除機(jī)制不完全解決以上例子的問(wèn)題，因?yàn)楫?dāng)被執(zhí)行的調(diào)用指令的數(shù)目變得足夠高造成當(dāng)前的寄存器堆棧幀環(huán)繞處理物理寄存器的概念性圓周時(shí)，物理寄存器被復(fù)用。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99的比特?cái)?shù)(N)和相應(yīng)的寄存器環(huán)繞處理區(qū)122被設(shè)置到零。在本實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)起一個(gè)調(diào)用時(shí)，它引起當(dāng)前的寄存器堆棧幀移過(guò)物理寄存器的基本周期中的某個(gè)任意點(diǎn)，使得寄存器地址環(huán)繞處理，然后，ALAT 98中所有的項(xiàng)目被清除。在本實(shí)施例中，以上的例子的問(wèn)題被解決，因?yàn)闄z驗(yàn)操作將從未見(jiàn)到被某個(gè)其它的過(guò)程插入的項(xiàng)目。這種解決辦法，其中當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99的比特?cái)?shù)(N)和相應(yīng)的寄存器環(huán)繞處理區(qū)122等于零，無(wú)論如何，使得性能惡化，因?yàn)檫@種解決辦法造成ALAT 98的過(guò)量的清除，觸發(fā)過(guò)多的提前的裝載恢復(fù)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99和相應(yīng)的寄存器環(huán)繞處理區(qū)122包括N比特，其中N大于零。當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99和相應(yīng)的寄存器環(huán)繞處理區(qū)122的N比特代表N比特計(jì)數(shù)值，它增大ALAT 98的物理寄存器數(shù)目區(qū)118，形成擴(kuò)展的物理寄存器數(shù)目，用于提前的裝載指令。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，ALAT 98中的項(xiàng)目實(shí)質(zhì)上表示，物理寄存器比實(shí)際上存在的多(即，ALAT中增大的物理寄存器數(shù)目表示比實(shí)際物理寄存器的數(shù)目多2N倍的物理寄存器)。
當(dāng)調(diào)用再映射事件造成物理寄存器環(huán)繞處理時(shí)，N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99被加增量，以及被使用于以后的提前裝載指令，來(lái)確定寫(xiě)入到相應(yīng)的ALAT項(xiàng)目的寄存器環(huán)繞處理區(qū)122中的N比特環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值。調(diào)用再映射事件在這里是指響應(yīng)于被調(diào)用的、造成新的寄存器的分配的程序過(guò)程的任何事件。新的寄存器的分配典型地在程序過(guò)程被調(diào)用后立即被執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)用再映射事件包括由調(diào)用程序過(guò)程執(zhí)行調(diào)用指令，后面是由被調(diào)用程序過(guò)程執(zhí)行特定的分配指令，它分配多個(gè)寄存器供被調(diào)用程序過(guò)程使用。在本實(shí)施例中，特定的分配指令可以導(dǎo)致物理寄存器環(huán)繞處理。在使得物理寄存器不環(huán)繞處理的返回再映射事件中，N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99被減增量，以及被使用于以后的提前裝載指令，確定寫(xiě)入到相應(yīng)的ALAT項(xiàng)目的寄存器環(huán)繞處理區(qū)122中的N比特環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值。
當(dāng)調(diào)用再映射事件使得物理寄存器環(huán)繞處理時(shí)，N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99被加增量，然后ALAT 98被搜索，找出它們的寄存器環(huán)繞處理區(qū)122中的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值與更新的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99相一致的項(xiàng)目，以及在它們的寄存器環(huán)繞處理區(qū)具有匹配的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值的所有的項(xiàng)目被清除。同樣地，當(dāng)返回再映射事件使得物理寄存器不環(huán)繞處理時(shí)，N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99被減增量，然后ALAT 98被搜索，找出它們的寄存器環(huán)繞處理區(qū)122中的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值與更新的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)99相一致的項(xiàng)目，以及在它們的寄存器環(huán)繞處理區(qū)具有匹配的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值的所有的項(xiàng)目被清除。
本發(fā)明通過(guò)允許按照本發(fā)明的ALAT記錄在提前的裝載中使用的物理寄存器數(shù)目而不引起過(guò)量的提前裝載恢復(fù)化費(fèi)，允許用于實(shí)施提前的裝載的ALAT機(jī)制和用寄存器的軟件控制的重命名實(shí)施的寄存器堆棧機(jī)制一起有效地工作。
雖然這里為了說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施例顯示和描述了具體的實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，打算達(dá)到同樣的目的的各種各樣的替換和或等價(jià)的實(shí)施方案可以代替所顯示和描述的具體實(shí)施例，而不背離本發(fā)明的范圍。在化學(xué)、機(jī)械、電-機(jī)械、電氣、和計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易看到，本發(fā)明可以以各種各樣的實(shí)施例來(lái)實(shí)施。本申請(qǐng)打算覆蓋這里討論的優(yōu)選實(shí)施例的任何改編和變例。所以，顯然打算本發(fā)明只由權(quán)利要求和它的等價(jià)物限制。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器(58)，存儲(chǔ)編譯的程序(66/40)，包括存儲(chǔ)指令(I22)；裝載指令(I24)，被調(diào)度在存儲(chǔ)指令之前；以及檢驗(yàn)指令(I25)；處理器(52)，執(zhí)行編譯的程序；物理寄存器(74/76)，保存用于編譯的程序的數(shù)據(jù)，一部分物理寄存器形成寄存器堆棧(84/88)，當(dāng)充滿時(shí)進(jìn)行環(huán)繞式處理；N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)(99)，跟蹤導(dǎo)致寄存器堆棧環(huán)繞處理或不環(huán)繞處理的物理寄存器再映射事件；提前裝載地址表(98)，具有相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目具有至少一個(gè)存儲(chǔ)器范圍區(qū)(112，114)，規(guī)定由相應(yīng)的裝載指令存取的存儲(chǔ)器單元的范圍，物理寄存器數(shù)目區(qū)(118)，相應(yīng)于在相應(yīng)的裝載指令中存取的物理寄存器，以及N比特寄存器環(huán)繞處理區(qū)(122)，它相應(yīng)于對(duì)于相應(yīng)的裝載指令的N比特的當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)；以及其中檢驗(yàn)指令存取提前裝載地址表，確定存儲(chǔ)指令和裝載指令是否潛在地存取公共的存儲(chǔ)器單元。
2.權(quán)利要求1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中在執(zhí)行存儲(chǔ)指令以后，相應(yīng)于提前裝載地址表中的裝載指令的項(xiàng)目不存在，表示公共的存儲(chǔ)器單元可能已被存儲(chǔ)和裝載指令存取。
3.權(quán)利要求1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中如果存儲(chǔ)指令和裝載指令存取公共的存儲(chǔ)器單元或公共存儲(chǔ)器范圍，存儲(chǔ)指令的執(zhí)行清除在提前裝載地址表中的相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目。
4.權(quán)利要求1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中N比特寄存器環(huán)繞處理區(qū)增大物理寄存器數(shù)目區(qū)，形成擴(kuò)展的物理寄存器數(shù)目，用于相應(yīng)的裝載指令。
5.權(quán)利要求1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中響應(yīng)于使得寄存器堆棧環(huán)繞處理的調(diào)用再映射事件，N比特寄存器環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)被增大或減小。
6.權(quán)利要求5的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中在N比特寄存器環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)被增大或減小以后，處理器搜索提前裝載地址表，找出在它們的寄存器環(huán)繞處理區(qū)中具有與更新的N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)相匹配的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值的項(xiàng)目，以及清除在提前裝載地址表中的在它們的寄存器環(huán)繞處理區(qū)中具有與更新的N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)相匹配的所有的項(xiàng)目。
7.權(quán)利要求1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，其中至少一個(gè)存儲(chǔ)器范圍區(qū)包括存儲(chǔ)器地址區(qū)和存儲(chǔ)器地址大小區(qū)。
8.一種在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行指令的方法，方法包括把用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行的程序的數(shù)據(jù)保存在物理寄存器中，其中一部分物理寄存器形成寄存器堆棧，當(dāng)充滿時(shí)進(jìn)行環(huán)繞式處理；執(zhí)行被調(diào)度在存儲(chǔ)指令之前的裝載指令；保持N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)，它跟蹤導(dǎo)致寄存器堆棧環(huán)繞處理或不環(huán)繞處理的物理寄存器再映射事件；把相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目記錄在具有相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目的提前裝載地址表中，每個(gè)項(xiàng)目具有至少一個(gè)存儲(chǔ)器范圍區(qū)，規(guī)定由相應(yīng)的裝載指令存取的存儲(chǔ)器單元的范圍，物理寄存器數(shù)目區(qū)，相應(yīng)于在相應(yīng)的裝載指令中存取的物理寄存器，以及N比特寄存器環(huán)繞處理區(qū)，它相應(yīng)于對(duì)于相應(yīng)的裝載指令的N比特的當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)；執(zhí)行存儲(chǔ)指令；以及執(zhí)行檢驗(yàn)指令，它存取提前裝載地址表，確定存儲(chǔ)指令和裝載指令是否潛在地存取公共的存儲(chǔ)器單元。
9.權(quán)利要求8的方法，其中在執(zhí)行存儲(chǔ)指令以后，相應(yīng)于提前裝載地址表中裝載指令的項(xiàng)目不存在，表示公共的存儲(chǔ)器單元可能已被存儲(chǔ)和裝載指令存取。
10.權(quán)利要求8的方法，其中執(zhí)行存儲(chǔ)指令的步驟包括如果存儲(chǔ)指令和裝載指令存取公共的存儲(chǔ)器單元，則清除在提前裝載地址表中相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目。
11.權(quán)利要求8的方法，其中N比特寄存器環(huán)繞處理區(qū)增大物理寄存器數(shù)目區(qū)，形成擴(kuò)展的物理寄存器數(shù)目，用于相應(yīng)的裝載指令。
12.權(quán)利要求8的方法，還包括響應(yīng)于使得寄存器堆棧環(huán)繞處理的調(diào)用再映射事件，將N比特寄存器環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)增大或減小。
13.權(quán)利要求12的方法，其中在執(zhí)行增大或減小的步驟以后，方法執(zhí)行以下步驟搜索提前裝載地址表，找出在它們的寄存器環(huán)繞處理區(qū)中具有與更新的N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)相匹配的環(huán)繞處理計(jì)數(shù)值的項(xiàng)目；以及清除在提前裝載地址表中在它們的寄存器環(huán)繞處理區(qū)中具有與更新的N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài)相匹配的所有的項(xiàng)目。
14.權(quán)利要求8的方法，其特征在于，其中至少一個(gè)存儲(chǔ)器范圍區(qū)包括存儲(chǔ)器地址區(qū)和存儲(chǔ)器地址大小區(qū)。
全文摘要
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括物理寄存器,一部分物理寄存器形成寄存器堆棧,當(dāng)充滿時(shí)進(jìn)行環(huán)繞式處理。N比特當(dāng)前環(huán)繞處理計(jì)數(shù)狀態(tài),跟蹤導(dǎo)致寄存器堆棧環(huán)繞處理或不環(huán)繞處理的物理寄存器再映射事件。提前裝載地址表(ALAT)具有相應(yīng)于裝載指令的項(xiàng)目。檢驗(yàn)指令存取ALAT,確定被安排在存儲(chǔ)指令之前的存儲(chǔ)指令和裝載指令是否潛在地存取公共的存儲(chǔ)器單元。
文檔編號(hào)G06F9/34GK1329304SQ0111794
公開(kāi)日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2001年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月27日
發(fā)明者D·C·莫里斯, W·R·布里格, A·H·卡普, W·Y·陳 申請(qǐng)人:顯露結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)研究所