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发信人: RM (深大人在西部唯一的一个柜台店铺), 信区: Hardware
标 题: NetBurst: A Processor with Replay System
发信站: 荔园晨风BBS站 (Mon May 8 23:25:00 2006), 站内
老贴
http://www.rmamy.com/bbs/topicdisp.asp?tid=92
NetBurst: A Processor with Replay System
xbitlabs 经过数月的研究写成的报告
Prescott: The Last of the Mohicans? (Pentium 4: from Willamette to Prescott)
里面介绍了 P4 NetBurst 鲜为人知的架构秘密: Replay Queue
前两天用了 5 个小时慢慢的看了上下两篇文章，看完以后让人心里发毛....
P4 L1 miss 以后竟然会执行出错误计算结果，然后指令进入 Replay Queue 被重新执行一
遍
这就是 P4 架构效率低下的主要原因
简介(我对文章分析的理解)：
P4 NetBurst 因为为了提高频率，采用了超长流水线，从而导致了 Decoder 和实际的
Execution Unit 相隔了很多个时钟周期
这个时候如果执行两条 Dependent Instructions 的话，就会出现麻烦：例如
mov eax, [ecx]
add ebx, eax
这个时候 [ecx] 所指向的数据不知道在 L1/L2 还是 RAM，甚至 Page File 中。如果等第
一条指令的结果出来以后
Decoder 再发送第二条指令到流水线，那么第二条指令就要用十几个时钟周期才能传输到
Execution Unit，这将造成严重的流水线
气泡，使效率降低一大截，是不可取得方案。而 Intel Netburst 设计团队想出了让人觉得
不可思议的处理方法：
注意仔细阅读...........
首先记住 P4 Northwood 的 L1 Cache 延迟为 2 Clks，L2 延迟为 7 Clks
当遇到上述的 Dependent Instruction Chain 的时候，Netburst 会在发送 mov 指令的两
个周期之后发送 add 指令，假设数据在 L1 中。
如果数据确实在 L1 中，那么两个 Clk 之后，数据就会到达 register，这个时候两条指令
以 100% 效率运行，很不错的设计 呵呵
但是：当数据不在 L1 的时候，也就是 mov 产生了 L1-Miss，这个时候 add 已经离两个
clk 就要到达 Execution Unit
但是 L2 Cache 里去取数据的话需要 7 Clk。由于流水线里的指令不能后退，而把整个流水
线停止来等待数据也是很不可取得方法
这个时候，add 指令就会被 错误的执行。而相关的电路监测到了这个情况，就会在指令结
果被写回的时候
把指令废除，而进入一个称为 Replay Queue 的执行单元，顾名思义，Replay = 重放，也
就 add 指令要在
7 clk 之后被再次送回流水线执行。因为 L2 延迟为 7 Clk，所以如果数据在 L2 中，7
clk 之后正好到达 L1/Register，从而得出正确的结果。
但是，事实远比这个复杂。如果数据不在 L2 中，会发生生么？？？
add 指令 7 clk 后仍然被 错误执行，所以还会被 第二次送入 Replay Queue重新执行第三
次
这种状况将一直持续下去，直到数据到达 Register。结果是，如果 [ecx] 的数据在 RAM
中，这条指令将被重复执行数十次，直到得出正确的结果
这不是天方夜谭，大家可以细细的看完整的文章来研究
相关链接：
http://www.xbitlabs.com/articles/cpu/display/netburst-1.html
http://www.xbitlabs.com/articles/cpu/display/netburst-2.html
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