指令级并行

1.概念

1.1.指令级并行（ILP）有两种实现方法：

（1）依靠硬件来动态发现并实现并行； （2）依靠软件技术在编译时静态发现并行。

1.2.数据依赖与冒险

数据依赖（三种类型）：数据依赖、名称依赖和控制依赖。

1.数据依赖：1）指令 i 生成的结果可能会被指令 j 用到。 2）指令 j 数据依赖于指令 k ，指令 k 数据依赖于指令 i 。

2.名称依赖：1）当指令 j 对指令 i 读取的寄存器或存储地址执行写操作时，就会在指令 i 和指令 j 之间发生反依赖。 2）当指令 i 和指令 j 对同一个寄存器或存储器地址进行写操作时，发生输出依赖。

3.数据冒险：只要存在名称依赖或者数据依赖，而且非常相近，以至于在执行期间的重叠能改变对应依赖中操作数的访问顺序，就会存在冒险。可能的数据冒险如下： 1）RAW(读后写) 2）WAW(写后写) 3）WAR(写后读)

4.控制依赖：控制依赖决定了指令 i 相对于分支指令的顺序，使指令 i 按正确的程序执行顺序执行，而且只会在应当执行时执行。

# 2.动态调度

简单流水线的一个主要限制是：如果一个指令停顿在流水线中，后续指令都不能执行。 在经典的五级流水线中，可在指令译码阶段（ID）检查结构冒险和数据冒险：当一个指令可以无冒险执行时，它就会从ID发射出去，并确认所有的数据冒险都已解决。 在动态调度流水线中，所有的指令都顺序经历发射阶段；但是，它们可能在第二阶段（读取操作数阶段）停顿或者相互旁路，从而进入乱序执行状态。记分板（scoreboarding）技术允许有足够资源且不存在数据依赖时乱序执行指令。 Tomasulo算法：通过对寄存器进行有效的动态重命名来处理反依赖和输出依赖。此外，还可以对算法进行扩展，用来进行推测。

3.以多发射和静态调度来利用ILP

多发射的目标就是允许在一个时钟周期内发射多条指令。多发射处理器主要有以下3类。 1）静态超标量处理器 2）VLIW（超长指令字）处理器 3）动态调度超变量处理器