超标量、超级流水线、超长指令字、向量机.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse超标量、超级流水线、超长指令字、向量机记得本科学计算机系统结构时,在了解了流水线这一用于提高cpu处理速度的方法后,书中还介绍了一些其他的结构,这些结构一般用于较高性能的计算机中(呵呵,嵌入式系统中我还没看到,连multiissue的cpu都不多),包括:超标量(SuperScalar)、超级流水线(SuperPipeline)、超长指令字(VLIW)、和向量机。这些概念我总混淆,现在随着理解的深入,已经完全知道了它们各自的特点,写点简要的介绍,贴在这里。1、超标量(SuperScalar)   将一条指令分成若干个周期处理以达到多条指令重叠处理,从而提高cpu部件利用率的技术叫做标量流水技术.   超级标量是指cpu内一般能有多条流水线,,指令虽然能够重叠执行,但仍然是顺序的,每个周期只能发射(issue)或退休(retire),每个周期可以发射多条指令(2-4条居多).这样,可以使得cpu的IPC(InstructionPerClock)>1,从而提高cpu处理速度.   超级标量机能同时对若干条指令进行译码,将可以并行执行的指令送往不同的执行部件,在程序运行期间,由硬件(通常是状态记录部件和调度部件)来完成指令调度.   超级标量机主要是借助硬件资源重复(例如有两套译码器和ALU等)来实现空间的并行操作.   我们熟知的pentium系列(可能是p-II开始),还有SUNSPARC系列的较高级型号,、超级流水线(SuperPipeline)   超级流水线又叫做深度流水线,它是提高cpu速度通常采取的一种技术。CPU处理指令是通过Clock来驱动的,每个clock完成一级流水线操作。每个周期所做的操作越少,那么需要的时间久越短,时间越短,频率就可以提得越高。所以超级流水线就是将cpu处理指令是得操作进一步细分,增加流水线级数来提高频率。频率高了,当流水线开足马力运行时平均每个周期完成一条指令(单发射情况下),这样cpu处理得速度久提高了。当然,这是理想情况下,一般是流水线级数越多,重叠执行的执行就越多,那么发生竞争冲突得可能性就越大,对流水线性能有一定影响。   现在很多cpu都是将超标量和超级流水线技术一起使用,例如pentiumIV,流水线达到20级,。3、超长指令字(VLIW:VeryLongInstructionWord)   超常指令字是由美国Yale大学教授Fisher提出的。它有点类似于超级标量,是一条指令来实现多个操作的并行执行,之所以放到一条指令是为了减少内存访问。通常一条指令多达上百位,有若干操作数,每条指令可以做不同的几种运算。那些指令可以并行执行是由编译器来选择的。通常VLIW机只有一个控制器,每个周期启动一条长指令,长指令被分为几个字段,每个字段控制相应的部件。由于编译器需要考虑数据相关性,避免冲突,并且尽可能利用并行,完成指令调度,所以硬件结构较简单。   VLIW机器较少,可能不太容易实现,我们平时很少接触VLIW机器(也许