第五章 标量处理机

5.6超标量超流水线处理机

  超标量处理机通过设置多套"取指令"、"译码"、"执行"和"写回结果"等指令执行部件,能够在一个时钟周期内同时发射多条指令,同时执行并完成多条指令;而超流水线处理机则采用把"取指令"、"译码"、"执行"和"写回结果"等流水段进一步细分,把一个流水段细分为几个流水级,或者说把一个时钟周期细分为多个流水线周期,由于每一个流水线周期可以发射一条指令,因此,每一个时钟周期就能够发射并执行完成多条指令。
  从开发程序的指令级并行性来看,超标量处理机主要开发空间并行性,依靠多个操作在重复设置的操作部件上同时执行来提高程序的执行速度。相反,超流水线处理机则主要开发时间并行性,在同一个操作部件上重叠多个操作,通过使用较快时钟周期的深度流水线来加快程序的执行速度。
  从超大规模集成电路(VLSI)的实现工艺来看,超标量处理机能够更好地适应VLSI工艺的要求。通常,超标量处理机要使用更多的晶体管,而超流水线处理机则需要更快的晶体管及更精确的电路设计。
  为了进一步提高处理机的指令级并行度,可以把超标量技术与超流水线技术结合在一起,这就是超标量超流水线处理机。下面介绍超标量超流水线处理机的工作原理、处理机结构和主要性能。