Compaq 21264 - Manual (Page 4)

iv Alpha 21264/EV67 Hardware Reference Manual
2.3.1 Instruction Group Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–17
2.3.2 Ebox Slotting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–18
2.3.3 Instruction Latencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–20
2.4 Instruction Retire Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–21
2.4.1 Floating-Point Divide/Square Root Early Retire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–22
2.5 Retire of Operate Instructions into R31/F31 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–22
2.6 Load Instructions to R31 and F31 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–23
2.6.1 Normal Prefetch: LDBU, LDF, LDG, LDL, LDT, LDWU, HW_LDL Instructions . . . . . . . 2–23
2.6.2 Prefetch with Modify Intent: LDS Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–23
2.6.3 Prefetch, Evict Next: LDQ and HW_LDQ Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–24
2.6.4 Prefetch with the LDx_L / STx_C Instruction Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–24
2.7 Special Cases of Alpha Instruction Execution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–24
2.7.1 Load Hit Speculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–24
2.7.2 Floating-Point Store Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–26
2.7.3 CMOV Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–26
2.8 Memory and I/O Address Space Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–27
2.8.1 Memory Address Space Load Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–27
2.8.2 I/O Address Space Load Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–28
2.8.3 Memory Address Space Store Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–29
2.8.4 I/O Address Space Store Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–29
2.9 MAF Memory Address Space Merging Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–30
2.10 Instruction Ordering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–30
2.11 Replay Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–31
2.11.1 Mbox Order Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–31
2.11.1.1 Load-Load Order Trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–32
2.11.1.2 Store-Load Order Trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–32
2.11.2 Other Mbox Replay Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–32
2.12 I/O Write Buffer and the WMB Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–32
2.12.1 Memory Barrier (MB/WMB/TB Fill Flow) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–32
2.12.1.1 MB Instruction Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–33
2.12.1.2 WMB Instruction Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–34
2.12.1.3 TB Fill Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–34
2.13 Performance Measurement Support—Performance Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–36
2.14 Floating-Point Control Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–36
2.15 AMASK and IMPLVER Instruction Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–38
2.15.1 AMASK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–38
2.15.2 IMPLVER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–38
2.16 Design Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2–39
3 Hardware Interface
3.1 21264/EV67 Microprocessor Logic Symbol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–1
3.2 21264/EV67 Signal Names and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–3
3.3 Pin Assignments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–8
3.4 Mechanical Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–17
3.5 21264/EV67 Packaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3–18
4 Cache and External Interfaces
4.1 Introduction to the External Interfaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–1
4.1.1 System Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–3
4.1.1.1 Commands and Addresses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–4
4.1.2 Second-Level Cache (Bcache) Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–4
4.2 Physical Address Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–4
4.3 Bcache Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–7
4.3.1 Bcache Interface Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4–7