Por Dentro da Arquitetura do Pentium 4

Alocador e Renomeamento de Registradores

O que o alocador faz:

• Reserva um dos 126 buffers de reordenamento (ROB) para a microinstrução atual de modo a monitorar o status de execução da microinstrução. Com isso, a microinstrução pode ser executada fora de ordem, já que o processador será capaz de colocá-las em ordem novamente através da utilização desta tabela.
• Reserva um dos 128 arquivos de registro (RF) de modo a armazenar lá o dado resultante do processamento da microinstrução.
• Se a microinstrução é do tipo carga ou armazenamento (load ou store), ou seja, se ela lê (load) ou grava (store) dados de/para a memória RAM, o alocador reservará um dos 48 buffers de carga ou um dos 24 buffers de armazenamento de acordo.
• Reserva uma entrada na fila de memória ou na fila geral, dependendo do tipo de microinstrução.

Após isso a microinstrução vai para o estágio de renomeamento de registradores. A arquitetura CISC x86 tem apenas oito registradores de 32 bits (EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESI, EDI e ESP). Este número é pequeno, especialmente porque processadores modernos podem executar instruções fora de ordem, o que “mataria” o conteúdo de um dado registrador, travando o programa.

Por isso, nesta etapa o processador muda o nome e o conteúdo dos registradores usados pelo programa em um dos 128 registradores internos disponíveis, permitindo que a instrução seja executada ao mesmo tempo em que outra instrução que usa o mesmo registrador padrão (ou até mesmo fora de ordem), isto é, que uma segunda instrução seja executada antes da primeira mesmo que elas utilizem o mesmo registrador.

É interessante notar que o Pentium 4 tem na verdade 256 registradores internos, 128 registradores para instruções inteiras e 128 registradores para instruções de ponto flutuante e SSE.

O renomeador do Pentium 4 é capaz de processar três microinstruções por pulso de clock.

Do renomeador a microinstrução vai para a fila, de acordo com o seu tipo: fila de memória, para microinstruções relacionadas à memória, ou fila de inteiros/ponto flutuante, para todos os outros tipos de instruções.

Figura 4: Alocador e unidade de renomeamento de registradores.