MIPS R10000 超标量微处理器（一）

MIPS R10000是为高性能而设计的，甚至对于那些大的、现实世界中的具有微弱存储一致性的应用都有高性能。

MIPS R10000的特点:

一.4路超标量RISC处理器：

（1）每时钟周期取指和编码4条指令

（2）在分支结果出现之前执行预测，拥有四项分支栈。

（3）使用动态乱序执行技术。

（4）用映射表完成寄存器的重命名。

（5）实现指令有序提交和精确例外。

二.5个独立的流水线处理单元：

（1）1个非阻塞的load-store单元。

（2）双64位整数ALU

（3）64位IEEE std754-1985浮点处理单元

（4）1个有两个时钟周期延迟的流水线加法器

（5）1个有两个时钟周期延迟的流水线乘法器

三.分层、非阻塞的存储子系统：

（1）片内、两路相关的主缓存：32KB指令缓存和32KB两路交错数据缓存

（2）一个片外、两路相连二级缓存：128位宽，同步静态RAM

（3）一个拥有拆分事务协议的64位多处理器系统接口

设计原理：

一、内存带宽和延迟限制了大量程序的性能。

二、R10000实现的寄存器重命名和非阻塞缓存：彼此互为补充。

       具体过程为：如果一个指令在cache中miss，它必须等待它的操作数被重填，但是其他指令能继续乱序执行。因为重填很早就开始了，而且在四个重填处理进行的同时，其他指令也可以执行。这增加了内存的使用并且减少有效延迟。

This type of cache design is called “nonblocking”， because cache refills do not block subsequent accesses to other cache lines.

三、R10000的复杂的硬件可以基于是否有可用的操作数来对指令进行动态重排序。

四、It is relatively easy to add nonblocking caches to an out-of-order processor, because it already contains mechanisms that coordinate dependencies between instructions.

三四均是基于二的补充。