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EPIC体系结构研究与流水线设计及实现

作　者: 高军
导　师: 张民选
学　校: 中国人民解放军国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: EPIC 处理器流水线分支预测指令分派指令旋转
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 128次
引　用: 3次
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内容摘要

本课题是863重大课题64位高性能通用微处理器芯片设计子课题的前期工作，对基于EPIC体系结构的处理器进行深入研究和分析。EPIC体系结构的特点是紧密结合编译器和硬件来提升性能。本文的重点是研究基于EPIC体系结构处理器指令分支预测和整数流水线的设计与实现。本文首先分析了EPIC体系结构，深入研究了其中的前瞻和判断执行等技术。接着以第一个商用的EPIC处理器Itanium为背景，研究了指令分支预测机制，设计了流水线前端的多级分支预测，并实现了每级预测器，通过多级预测策略提高了预测精度，改善了性能。最后，阐述了基于EPIC体系结构的高性能微处理器整数流水线核的设计与实现。其中包括寄存器栈、寄存器旋转机制的研究和指令分派机制、指令旋转的实现，以及寄存器重命名和整数部件的设计策略及实现方案。同时对一些特殊整数指令的实现进行了处理和优化，并给出了模拟和流水线验证结果。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-11
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 课题研究内容  9
  1.3 课题完成的工作  9-10
  1.4 本文的组织  10-11
第二章 EPIC体系结构的关键技术  11-23
  2.1 EPIC机制  11-12
  2.2 前瞻技术  12-16
    2.2.1 前瞻数据载入的两个关键问题  12-13
    2.2.2 控制前瞻  13-14
    2.2.3 数据前瞻  14-16
  2.3 判断执行技术  16-18
    2.3.1 判断执行技术的提出  16
    2.3.2 判断执行技术的实现  16-18
  2.4 并行比较和多路分支  18-20
    2.4.1 并行比较  18-20
    2.4.2 多路分支  20
  2.5 ITANIUM处理器概述  20-22
    2.5.1 Itanium指令系统  20-21
    2.5.2 Itanium流水线  21-22
  2.6 小结  22-23
第三章多级分支预测  23-35
  3.1 多级分支预测结构  23-25
  3.2 分支预测的硬件机制  25-31
    3.2.1 单周期预测器  26
    3.2.2 两级自适应的分支预测器和返回预测器  26-31
    3.2.3 分支地址计算和修改预测器  31
  3.3 分支的软件提示  31-34
    3.3.1 分支预测指令的软件提示  32
    3.3.2 分支指令的软件提示  32-33
    3.3.3 移入分支寄存器指令的软件提示  33-34
  3.4 小结  34-35
第四章指令分派和寄存器重命名的设计与实现  35-51
  4.1 指令分派  35-41
    4.1.1 指令模板  35-37
    4.1.2 指令分派规则  37-38
    4.1.3 指令分派的实现  38-41
  4.2 寄存器重命名  41-49
    4.2.1 寄存器栈  41-44
    4.2.2 寄存器旋转  44-47
    4.2.3 寄存器重命名的实现  47-49
  4.3 小结  49-51
第五章整数部件的设计与实现  51-62
  5.1 整数部件的分类  51-52
  5.2 主要模块的设计及功能描述  52-57
    5.2.1 ALU计算模块  52-53
    5.2.2 CMP比较模块  53-54
    5.2.3 SHIFT通用移位模块  54-55
    5.2.4 ONEBIT CMP一位比较模块  55-56
    5.2.5 SXT／ZXT扩展模块  56
    5.2.6 MOV传送模块  56-57
  5.3 特殊指令的处理  57-60
    5.3.1 位字段指令的设计  57-59
    5.3.2 MOV TO PR传送到谓词寄存器指令的处理  59
    5.3.3 CZX计算零索引指令的优化  59-60
  5.4 整数流水线验证  60-61
  5.5 小结  61-62
第六章结束语  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-66
附录综合数据  66-68

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