《大话处理器》连载——微架构(17) 指令调度

在前面乱序设置陷阱的利子中，如果没有那个聪明的士兵，乱序也就无从谈起。同样，处理器的乱序执行内核也需要一个调度器，分析指令间中的相关性，分析指令什么时候能开始执行。

指令什么时候能开始执行呢？

对于一条指令来说，它有操作码和操作数，操作码描述指令要做什么，处理器会安排一个功能单元(function unit)去执行它。操作数描述指令要处理什么数据，经过寄存器重命名后，目的寄存器总是新的，因此只需要关注源操作数是否准备好即可。所以，指令能否开始执行，依赖于2个条件：

1. 是否有空闲的功能单元去执行这条指令

2. 该指令的源操作数是否已经准备好

只要满足这2条要求，指令就可以去执行，而不需要等待前面的指令完成。这样处理器就完成了乱序调度以及并行调度。

以前面经过寄存器重命名的指令为例，

序号	指令	源操作数依赖性描述	执行顺序
1	add F5, F1, F2	假设F1、F2已准备好	1
2	add F6, F5, F2	F5需要依赖指令1	2
3	add F7, F1, F5	F5需要依赖指令1	2
4	add F8, F1, F6	F6需要依赖指令2	3
5	add F9, F8, F5	F5需要依赖指令1 F8需要依赖指令4	4

处理器会记录指令源操作数的准备状态，当指令1完成后，处理器会通知所有依赖F5的指令，F5已经准备好了，指令2需要的2个源操作数F5和F2都已准备好，它就可以被发送到指令的执行队列中去执行。同样，指令3也可以准备执行，如果处理器中有多个加法单元，指令2和指令3就可以同时执行。指令2完成后，F6也准备好了，指令4就可以去执行，指令4执行完后，F8就准备好了，F5早就准备好了，指令5就可以去执行。

在这个调度的例子中，5条指令4个cycle就可以完成，而使用顺序内核，则需要5个cycle。

处理器内部需要一个Buffer来缓存指令，以供乱序调度，这个Buffer就是保留站(Reservation Station)，完成寄存器重命名后的指令被放置在保留站中，等到操作数和功能单元都准备好时，保留站中的指令就能被分派出去执行。