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Alpha 21264/EV67 Hardware Reference Manual
iii
Table of Contents
Preface
1 Introduction
1.1 The Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–1
1.1.1 Addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–2
1.1.2 Integer Data Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–2
1.1.3 Floating-Point Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–2
1.2 21264/EV67 Microprocessor Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1–3
2 Internal Architecture
2.1 21264/EV67 Microarchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–1
2.1.1 Instruction Fetch, Issue, and Retire Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–2
2.1.1.1 Virtual Program Counter Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–2
2.1.1.2 Branch Predictor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–3
2.1.1.3 Instruction-Stream Translation Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–5
2.1.1.4 Instruction Fetch Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–6
2.1.1.5 Register Rename Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–6
2.1.1.6 Integer Issue Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–6
2.1.1.7 Floating-Point Issue Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–7
2.1.1.8 Exception and Interrupt Logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–8
2.1.1.9 Retire Logic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–8
2.1.2 Integer Execution Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–8
2.1.3 Floating-Point Execution Unit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–10
2.1.4 External Cache and System Interface Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–11
2.1.4.1 Victim Address File and Victim Data File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–11
2.1.4.2 I/O Write Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–11
2.1.4.3 Probe Queue. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–11
2.1.4.4 Duplicate Dcache Tag Array. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–11
2.1.5 Onchip Caches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–11
2.1.5.1 Instruction Cache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–11
2.1.5.2 Data Cache. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–12
2.1.6 Memory Reference Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–12
2.1.6.1 Load Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–13
2.1.6.2 Store Queue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–13
2.1.6.3 Miss Address File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–13
2.1.6.4 Dstream Translation Buffer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–13
2.1.7 SROM Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–13
2.2 Pipeline Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–13
2.2.1 Pipeline Aborts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–16
2.3 Instruction Issue Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–16