它可以从多个抽象层次解释计算机体系结构理论。在每个层次上，体系结构都将通过声明底层计算模型、功能规范和实际实现来表示。因此，解释涵盖三个要素，包括底层计算模型、考虑的层次和关注的范围，如图所示。首先，它可以概述底层计算模型。几年前，“计算机体系结构”这一术语本质上被解释为冯·诺依曼体系结构。随后，当依赖于非冯·诺依曼计算模型的新型体系结构出现时…… 阅读更多

冯·诺依曼模型由三个特定组件（或子系统）组成，包括中央处理单元 (CPU)、内存和输入/输出 (I/O) 接口。该图定义了互连这些组件的各种可能方法之一。CPU - CPU 可被视为计算系统的核心，包括三个主要组件：控制单元 (CU)、一个或多个算术逻辑单元 (ALU) 和多个寄存器。控制单元决定指令的执行顺序并控制有用操作数的检索。它定义了机器的指令。每个指令的执行由…… 阅读更多

有六种基本的计算模型，例如图灵机、冯·诺依曼模型、数据流模型、应用模型、基于对象的模型、基于谓词逻辑的模型等。这些模型被称为基本模型，因为它们可以使用一组基本的抽象来声明。可以为每个基本模型定义任意程度的子类层次结构。例如，如果将进程抽象引入冯·诺依曼模型，则可以根据所有进程是否可以访问全局数据空间（共享内存子类）或进程是否可以拥有自己的局部数据空间以及通过…… 阅读更多

计算模型的理论比编程语言和计算机体系结构的方法具有更高的抽象级别。编程语言可以被认为是一种规范设备，它使计算任务的系统适用，其中假定了特定的计算模型。计算机体系结构可以被认为是执行计算模型或实现使用编程语言定义的给定计算任务的工具，其中给出了特定的计算模型。为了演示这些关系，可以考虑与冯·诺依曼计算模型相比的编程语言和计算机体系结构的基本特征。一种编程…… 阅读更多

全局指令调度的实现是一种称为跟踪调度的技术。跟踪调度最初用于为耶鲁大学的实验性 VLIW 机器 ELI-512 开发的 Bulldog 编译器 (Fisher 等人，1984)，随后用于商业 TRACE 系列 VLIW 机器 (Colwell 等人，1987) 的跟踪调度编译器。最近发表的一种新的全局调度技术是 FRGS（有限资源全局调度），由 IBM 为 VLIW 和超标量处理器开发和实验性地实现 (Moon 和 Ebcioglu，1992，Moon 等人，1993)。跟踪调度这种技术与大多数指令调度技术一样，起源于水平微码机器的调度…… 阅读更多

ILP 编译器必须提取可接受的指令级并行性才能正确利用可用的硬件资源，特别是 EU。对于极度并行的 ILP 处理器（包括 VLIW 机器或高度超标量处理器）而言，这并非易事。具体来说，通用程序（包括操作系统或应用程序程序），它们的基本块大小较小，并行性极不规则，其特征在于不可预测的分支，使这项任务极其困难甚至无法解决。在这种方法中，基本块调度器无法预测是否能提取足够的并行性来准确地为高度并行的 ILP 处理器提供服务。因此，并行性贪婪的 ILP 处理器的编译器必须使用非常有效的调度技术，即…… 阅读更多

软件流水线是一种编译时调度技术，它重叠连续的循环迭代以公开操作级并行性。开发足够的软件流水线算法的一个必要问题是如何处理包含条件分支的循环。条件分支会增加复杂性并降低软件流水线算法的性能，因为它们将少数可能的执行路径引入调度范围。软件流水线是通过基于展开的技术或模数调度来实现的，如图所示。基于展开的技术的基本思想很简单——展开循环几次并将展开的代码排列在…… 阅读更多

软件流水线是一种编译时调度技术，它重叠后续循环迭代以公开操作级并行性。开发足够的软件流水线算法的一个必要问题是如何处理包含条件分支的循环。条件分支会增加复杂性并降低软件流水线算法的性能，因为它们会提供少数可能的执行路径进入调度机会。为了演示其基本思想，让我们看看在具有多个并行运行的执行单元的 ILP 处理器上循环的最可行的并行执行。让我们假设循环体的类似 RISC 的中间代码…… 阅读更多

循环是 ILP 处理器并行性的重要来源。因此，控制结构的规律性可以加快计算速度。循环调度是为高度并行 ILP 处理器（包括 VLIW）开发的指令调度器的中心点。循环调度的类型有两种不同类型的循环调度如下：循环展开循环展开的基本概念是多次重复循环体并丢弃不必要的迭代间代码，包括递减循环计数、验证循环结束以及在迭代之间有条件地回溯。这将缩短实现时间。循环展开可以执行…… 阅读更多

基本块调度是一种简洁但效率最低的代码调度技术。因此，只有基本块内的指令才能重新排序。结果，可行的加速取决于真实数据和控制依赖性。基本块调度器通常用于轻度和中度并行的 ILP 处理器，例如流水线和早期超标量处理器。大多数用于 ILP 处理器的基本块调度器属于列表调度器的类别，例如为 MIPS 处理器、Sparc 处理器、RS/6000、HP 精密架构和 DEC α 21064 开发的那些（Kerns 和 Eggers，1993，Gibbons 和 Muchnick，1986）。列表调度器可以用于…… 阅读更多