WarmthSea第五章 标量处理机
一、 重叠方式
加快标量处理机的方法有两种：一是通过选用高速的器件，采用更好的运算方法，从而加快每条机器指令的解释。二是通过重叠和流水的方式来加快解释的速度。
1、重叠方式
- 重叠方式
- 重叠原理与一次重叠
- 顺序解释：控制简单，但速度有限
- 重叠解释：不同指令在时间上重叠解释，不能加快一条指令的解释，但加快相邻多条指令的解释
- 实现重叠解释必须要在计算机组成上满足以下要求：
- 1）要解决访主存的冲突；
- 2）要解决"分析"与"执行"操作的并行；
- 3）要解决"分析"与"执行"操作控制上的同步；"一次重叠"是指
指令分析部件和指令执行部件任何时候都只有相邻两条指令在重叠解释的方式； - 4）要解决指令间各种相关的处理。
2、流水方式
- 基本概念
- 流水与重叠在概念上没有差别，二者的区别在于"一次重叠"是把一条指令的解释分成两个子过程，而流水则是分为更多个子过程
- 流水的分类★
- 1）依据向下扩展和向上扩展的思路，可分为计算机功能子过程的流水线和处理机间的流水线。
- 2）从流水具有功能的多少，可分为单功能流水线和多功能流水线。
- 单功能流水：只能实现单一功能的流水，要完成多功能的流水将多个单功能流水组合。
- 多功能流水：同一流水线的各个段之间可以多种不同的连接方式，以实现不同的功能。
- 3）从计算机所具有的数据表示，分为标量流水和向量流水。
- 4）从流水线中各功能段之间是否有反馈回路，分为线形流水和非线性流水。
二、标量流水线的主要性能
1、吞吐量Tp
- 吞吐率是流水线单位时间里能流出的任务数或结果数。吞吐率受限于流水线中最慢子过程所需要的时间。称
流水线中经过时间最长的子过程为瓶颈子过程。- 消除瓶颈的方法有两种：一是将瓶颈子过程再细分，二是通过重复设置多套瓶颈段并联，让他们交叉并行
2、加速比Sp
3、效率
指令级高级高度并行的超级处理机
1、超量处理机
- 标量流水机和超标量流水机
- 常规的标量流水线单处理机是在每个Δt期间解释完一条指令，称这种流水机的度m=1。
- 超标量处理机采用多指令流水线，每个Δt同时流出m条指令，称
度为m。
2、超长指令字处理机
- 超长指令字结构是将水平型微码和超标量处理两者相结合。
3、超流水线处理机
- 超流水线处理机不同于超标量处理机和VLIW处理机，每个仍只流出一条指令，但它的值小，一台度为m的超流水线处理机的只是基本机器周期Δt的1/m。
4、超标量超流水线处理机
- 超标量超流水线处理机是超标量流水线与超流水线处理机的结合。