29、超线程机器原理与虚拟内存技术解析

超线程机器原理与虚拟内存技术解析

1. 超线程机器原理

在超线程机器中，JEU（推测执行单元）主要完成两项关键任务。其一，它会将分支目标缓冲器（BTB）设置为直通地址，这样取指单元就能从这个新的指令地址重新启动流水线。其二，它会把预测分支地址之后的那些微操作（μops）状态设置为无效，以便后续这些μops能被退休单元丢弃。

1.1 退休单元（RU）

退休单元是一个按顺序执行的单元，它能精确知晓何时以及如何将临时的、推测性的结果提交（即退休）到永久的架构机器状态中。该单元会查找那些已经执行完毕且可以从操作池中移除的微操作。具体操作流程如下：
1. 读取指令池，找出可能退休的候选微操作。
2. 检查指令池中微操作的状态，确定哪些微操作已完成。
3. 对这些完成的微操作施加原始的程序顺序。
4. 同时，它还需要在面对中断、陷阱和预测错误的情况下完成上述工作。这就是为什么微操作需要包含正在执行指令的完整物理地址。退休单元在一个时钟周期内最多能够退休三个微操作。

为了编程方便，奔腾CPU支持一些向量指令，例如压入/弹出所有寄存器、移动一块内存、搜索一块内存等。

1.2 压入所有与弹出所有指令

在奔腾处理器中， pusha （压入所有）指令和 pushad （压入所有双字）指令共享同一个单字节操作码。根据操作系统在硬件寄存器中指定的操作数大小，每个指令可以压入八个16位或32位的寄存器。同样， popa （弹出所有）和 popad （弹出所有双字）指令也共享同一个操作