什么是超标量处理器?


超标量处理器旨在为单个顺序程序生成每时钟周期超过一条指令的执行速度。超标量处理器设计定义为一组方法,使计算机的中央处理单元 (CPU) 能够在执行单个顺序程序时管理每周期超过一条指令的吞吐量。

虽然对解释没有达成全球共识,但超标量设计技术涉及并行指令解码、并行寄存器重命名、推测执行和乱序执行。这些技术通常与补充设计技术一起使用,包括流水线、缓存、分支预测和多核,这些技术在当前微处理器设计中使用。

超标量处理器经历了三个连续阶段的出现:首先,构思了这个想法,然后出现了一些体系结构提案和原型机,最后,在最后一个阶段,商业产品进入市场。

超标量问题的概念最早在 1970 年(Tjaden 和 Flynn,1970 年)就被提出。后来在 1980 年代(Torng,1982 年,Acosta 等人,1986 年)进行了更精确的重新表述。

超标量处理器提案和原型机随后出现,如图所示。

就原型机而言,IBM 是第一个进行两项重要的超标量开发的公司,称为 Cheetah 和 America 项目。Cheetah 项目(1982-83 年)和随后的 America 项目(从 1985 年开始)是 IBM 研究超标量执行的试验台。

四路 Cheetah 机器作为 America 处理器的基础,后者催生了 RS/6000(1990 年),后来更名为 Power1。Power 1 几乎与 America 机器相同(Grohoski,1990 年)。

据认为,术语“超标量处理器”首次出现在与这些开发相关的 IBM 内部技术报告中(Agarwala,T 和 Cocke,J. 高性能精简指令集处理器,1987 年)。

超标量开发领域的第二个早期参与者是 DEC,其 Multititan 项目从 1985 年持续到 1987 年。虽然 Multititan 项目是 Titan 项目(1984 年)的延续,该项目的目的是构建一个非常高速的 RISC 处理器,但该项目对 α 处理器系列的开发贡献不大。

英特尔 960CA 嵌入式 RISC 处理器是 1989 年推出的第一台商用超标量机器。为了随后提高性能,所有主要制造商都被迫在其商业处理器系列中引入超标量问题。

超标量 RISC 处理器根据两种不同的方法出现。一些处理器是通过将当前(标量)RISC 系列转换为超标量系列而出现的。这方面的例子包括英特尔 960、MC 88000、HP PA(精密架构)、SunSparc、MIPS R 和 AMD Am29000 RISC 系列。另一种重要的方法是感知一种新的体系结构,并从一开始就将其作为超标量系列执行。当 IBM 在 1990 年宣布其 RS/6000 处理器时,这种情况就发生了,后来该处理器更名为 Power1。

更新时间: 2021 年 7 月 20 日

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