第五章 标量处理机

5.3 指令级高度并行的超级处理机

自从20世纪80年代,RISC兴起,出现了提高指令级并行的高性能超级处理机,让单处理机在每个时钟周期里可解释多条指令,代表性的例子是超标量处理机、超长指令字处理机、超流水线处理机和超标量超级流水线处理机。

5.3.1 超标量处理机

超标量处理机采用多指令流水线,每个△t同时流出m条指令,称为度m。

在超标量流水线处理机中配置多套功能部件、指令译码电路和多组总线,寄存器也北邮多个端口和多组总线,程序运行时由指令译码部件检测顺序去除的指令之间是否存在数据相关和功能部件争用,将可并行的相邻指令送往流水线,若并行度为1,就逐条执行。

超标量流水机主要靠编译程序来优化编排指令的执行顺序,将可并行的指令搭配成组,硬件不调整指令顺序,这样实现起来比较容易些。

超标量刘水处理剂非常适合求解像稀疏矩向量或稀疏矩阵这类标量计算问题,因为他们用向量流水线处理机求解非常不方便。

由于程序中指令并行性的开发有限,因此超标量处理的度m比较低。

利用资源重复,设置多个执行部件寄存器堆接口。

5.3.2 超长指令字处理机

超长指令字梳理机(VLIW)结构是将水平型微码和超标量处理两者相结合,指令字长可达数百位,多个功能部件并发工作,共享大容量寄存器堆。

在编译时,编译程序找出只零件潜在的并行性,将多个功能并行执行的不相关或无关操作现行压缩组合在一起,形成一条有多个操作段的超长指令。

运行时,不在用软件或硬件来检测其并行性,直接由这条超长字指令控制计算机中多个相互对立的功能部件并行操作,每个操作端控制其中的一个功能部件,相当于同时在执行多条指令,因此,硬件结构和指令系统简单,是一种到哪哈紫菱多操作码多数据的系统结构(SIMOMD)不同于SIMD计算机。

超长指令字处理机的优点是每条指令所需拍比超标量处理机的少,指令译码容易,开发标量操作间的随机并行更方便,从而可使指令并行性较高。

VLIW是否成功,很大程度去取决于代码压缩的效率,其结构的目标码与一般的计算机不兼容,而且指令字很长而操作端格式固定,经常是使指令字中的许多字段没有操作,白白浪费了存储空间。

VLIW主要用于附挂式数组处理机上,现在也有用于小、巨型机上。

5.3.3 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△t'仍只流出一条指令,但它△t'的值很小,一台度为m的超流水线除立即的△t'知识基本机器周期△t的1/m

超流水线处理机则注重开发时间并行性,在公共的硬件上采用较短的时钟周期,深度流水啦iti,需要使用多项式中,适中的频率高达100~500Mhz,没有告诉时钟机制,超流水线处理机是无法实现的。

5.3.4 超标量超流水线处理机

超标量超流水处理机是超标量流水线与超流水线处理机的结合。

 

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