50.5. OUT-OF-ORDER EXECUTION

			Архитектура
		   (по потоку выполнения)
		 /            |            \
   фон Неймановская       поток данных     поток запросов
   ------------- команда выполняется когда --------------
   при передаче           готовы данные    когда нужен
   ей управления          для нее          ее результат
   	
			
			Архитектура
		      (по запуску команды) Issue
			/        \
		 In-Order	Out-of-Order
		 в порядке	без проядка


			Архитектура
		      (по заканчиванию команды) Completion
			/          \
		    In-Order	  Out-of-Order
		 в порядке	без проядка




Как выглядит out-of-order execution?
  

Decoder помещает декодированные инструкции в Instruction Pool,
Исполняющие устройства (execution units) выбирают команды, которые
готовы к выполнению (т.е. их операнды готовы) и исполняют их.
Более позняя команда может исполнится если предидущие не готовы
(таким образом выполнение иден не по порядку (out-of-order).
Retire unit выбирает и удаляет из poolа уже выполненые команды
(в порядке в котором их выдал декодер).

Пример Executon Init for Pentium Pro:
 ----------------------------------------------------------
 Unit	Actions
 ----------------------------------------------------------
 0	ALU
	Mul/Div
	Shift
	FPU
 ----------------------------------------------------------
 1	ALU
	Jumps
 ----------------------------------------------------------
 2	AGU Load
	Load
 ----------------------------------------------------------
 3	AGU Store
 ----------------------------------------------------------
 4	Store
 ----------------------------------------------------------

 



В современных процессорах x86-архитектуры начиная с Pentium Pro
происходит code-morphing. Сложные x86 команды преобразуются в
простые mOPS команды которые и выполняются.

  





  
  Варианты out-of-order 
 

Для нашего примера примем:

	Decoder может декодировать 2 команды за такт.
	Выполнение команд:
		Команда	Execution Unit Время
		I1	1	2
		I2	2	1
		I3	3	1
		I4	3	1
		I5	2	1
		I6	2	1



In Order issue with in-order completion:
(запуск по порядку и завершение по-порядку)
  

(Конвеер двигается только тогда когда все команды на стадии закончены)
Декодированные I3 и I4 ждут пока выполнятся I1+I2.
I4 ждет когда выполнится I3 (зависимость по ресурсам).
I6 ждет когда выполнится I5 (зависимость по ресурсам).
Общее время = 8.



In Order issue with out-of-order completion:
(запуск по порядку и завершение не по порядку)
  

(одновременно могут выполняться 2 команды)
Декодированная I4 ждет пока будет место.
I4 ждет когда выполнится I3 (зависимость по ресурсам).
I6 ждет когда выполнится I5 (зависимость по ресурсам).
Общее время = 7.


Out of order issue with out-of-order completion:
(запуск не по порядку и завершение не по порядку)
  

(все могут выполняться не одновременно)
Общее время = 6.



  
  Имплементация 
 

  


  


  

  

  





Детали Instruction Poolа:

  

Декодер помещает инструкцию с свободный слот в кольцевом буфере 
instruction pool.
Retired pointer показывает откуда можно начать убирать команды
Retire unitу.
Показаны 4 команды находящиеся в состояниях:
	Running	 		(выполняется)
	Complete 		(выполнена)
	Ready to run    	(готова к выполнению)
	Wait for some condition (ждет готовности операндов)