1. 超标量的基本概念
定义:超标量(superscalar)CPU架构是指在一颗处理器内核中实行了指令级并行的一类并行运算。这种技术能够在相同的CPU主频下实现更高的CPU吞吐率(throughput)。
应用背景:随着处理器技术的不断发展,为了提高处理器的性能,需要处理器具有每个周期能发射执行多条指令的能力。超标量结构是当代多发射微处理器所广泛采用的微体系结构。
2. 超标量的技术原理及特点
技术原理:超标量处理器采用动态指令调度,在指令执行时根据资源、数据相关等情况,决定是否并行执行指令。它通过集成多条流水线结构,使得在流水线满载时,每个时钟周期可以完成一条以上的指令。
特点:超标量处理器的指令发射频率高,相关的检测和解决策略的优劣将直接影响超标量处理器的性能。为了有效地处理相关,需采用静态和动态调度技术相结合的方法。
3. 动态流水线的基本概念
定义:动态流水线是指在流水线的各段可以进行不同的链接,在不同时间内,或者在同一时间内,通过不同的方式实现不同的功能。
分类:按照在同一时间内是否能够连接成多种方式,同时执行多种功能,可以把多功能流水线分为静态流水线和动态流水线。动态流水线是多功能流水线的一种,其各段可以按照不同的方式连接,同时执行多种功能。
4. 动态流水线的工作方式及优势
工作方式:动态流水线允许在同一时间内将不同的功能段连接成不同的功能子集(前提条件是功能部件的使用不发生冲突),以完成不同的运算功能。它采用动态调度的方式,根据处理器的动态信息发掘出更多的指令级并行性(ILP)。
优势:动态流水线的效率和功能模块利用率比静态流水线要高。它允许指令的乱序执行,只要指令准备好了就可以执行,不用等前面不相关的指令。这种方式提高了流水线的吞吐率和处理器的性能。然而,动态流水线的相关控制也更为复杂,需要采用先进的调度技术和寄存器重命名等方法来解决指令间的相关性问题。