如何處理CPU亂序調(diào)度中的內(nèi)存數(shù)據(jù)依賴(lài)

要處理CPU亂序調(diào)度中的內(nèi)存數(shù)據(jù)依賴(lài)，通常涉及兩個(gè)步驟：

1.計(jì)算內(nèi)存訪問(wèn)的有效地址

2.檢查所有未處理完的load/store的地址，并確保沖突的load/store不能亂序執(zhí)行

A Load / Store Processing Model

load/store處理模型，如下圖所示。

load和store指令首先發(fā)給reservation station ，然后發(fā)送到load單元或store 單元。

在store單元中，store 指令首先經(jīng)過(guò)有效的地址計(jì)算和地址轉(zhuǎn)換，然后駐留在“Finished ”store 緩沖區(qū)中。 “completed ”store 緩沖區(qū)中的store 指令最終會(huì)提交到內(nèi)存中。

同樣，load指令首先通過(guò)地址生成和翻譯，并最終讀取數(shù)據(jù)cache 以從內(nèi)存中獲取數(shù)據(jù)。

我們可以做出的一個(gè)假設(shè)是，store 指令需要按程序順序完成，因此WAW數(shù)據(jù)依賴(lài)性是默認(rèn)強(qiáng)制執(zhí)行的。從本質(zhì)上講，處理數(shù)據(jù)依賴(lài)項(xiàng)可以簡(jiǎn)化為處理load/store 依賴(lài)項(xiàng)（RAW和WAR）。

Handling Data Dependencies with In-order Load / Store Dispatch

最直接的解決方案是按程序順序向公共reservation station 發(fā)出load/store 指令，并從reservation station 按FIFO順序發(fā)送。只有當(dāng)store 緩沖區(qū)為空時(shí)，才能發(fā)送load。然而，load指令的延遲很長(zhǎng)，不可預(yù)測(cè)。盡早執(zhí)行l(wèi)oad至關(guān)重要。

改進(jìn)的方案是支持不同地址的load bypass ，如果store 緩沖區(qū)中有地址匹配，則stall load指令。因此，不同地址的load可以繼續(xù)進(jìn)行。

為了進(jìn)一步加快load。如果存在地址匹配，但store buffer數(shù)據(jù)不可用，則load stall；如果存在地址匹配和store 數(shù)據(jù)可用，則將數(shù)據(jù)直接forward 到load。由于load直接從store buffer接收數(shù)據(jù)，因此可以盡早執(zhí)行l(wèi)oad指令，并避免數(shù)據(jù)cache 訪問(wèn)。

Handling Data Dependencies with Out-of-order Load / Store Dispatch

如果我們亂序調(diào)度load/store，可以在store之前發(fā)放load。由于無(wú)法檢查地址匹配，因此存在潛在的RAW依賴(lài)關(guān)系。

與store指令類(lèi)似，如果從reservation station 發(fā)送的store在“finished ”load buffer中發(fā)現(xiàn)匹配的load，則應(yīng)刷新所有指令。

這種放松也引入了可能的WAR數(shù)據(jù)依賴(lài)性。load地址可能與后續(xù)store的地址匹配，因此會(huì)觸發(fā)不正確的數(shù)據(jù)forward 。一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是stall 匹配地址的“finished ” store的load，僅具有匹配地址的“completed ”store上數(shù)據(jù)forward 給load。