什么是超标量？(superscalar?)
超标量处理器可以在一个时钟周期内一次独立执行多条指令。它包括冗余执行资源，如多个浮点单元、算术逻辑单元和整数移位器。这种类型的处理器设计用于并行计算和推测性执行，无需特殊软件。它可以通过操作和重新排列代码来提高许多处理器密集型应用程序的执行速度。它经常用于几类计算机，包括服务器、台式机甚至笔记本电脑。
尽管自20世纪60年代以来，该体系结构的某些方面已经在处理器中使用，但真正的超标量处理器直到很久以后才发布。20世纪80年代末和90年代初销售的一些精简指令集计算（RISC）处理器是超标量处理器。它们简单的内核和固定长度的指令使得并行指令的调度相对容易。自20世纪90年代末以来制造的许多非RISC处理器也具有超标量体系结构。嵌入式、低功耗和其他专用处理器通常是例外，它们优化了设计的其他方面，而不是并行执行。
一些处理器可以与来自多个执行线程的指令共享一条管道，称为超级线程。当功能单元因等待当前执行的线程而处于空闲状态时，它可以同时执行另一个线程的指令。这种技术有助于充分利用处理器，但不如同步多线程（SMT）有效。单个超标量处理器可以使用SMT同时执行来自多个线程的多条指令。但是，同时执行的线程可能会争夺系统和处理器资源，这可能会降低系统速度。
具有多级管道的处理器可以同时执行多条指令，只要它们处于不同的执行阶段。相反，在超标量处理器中，多条指令可以在同一阶段同时执行。虽然这种处理器与多核处理器有许多相似之处，但它们并不相同。多核处理器在一个设备中包含多个完整的处理器，称为核心。多核处理器的每个核心通常是超标量的，可能包括几个并行管道。
超标量处理器的一个关键特性是，出于效率考虑，它能够无序执行程序代码。为此，它必须知道任何指令对另一条指令的依赖性。如果一条指令影响另一条指令的结果或使用另一条指令的资源，则很可能这两条指令不能并行执行。现有技术可以消除某些类型的依赖关系，但其他技术必须在资源可用之前延迟处理。
如果发生系统中断，无序执行还必须能够保证寄存器、标志和其他资源的正确内容。在这种情况下，系统状态必须看起来相同，就像代码按照设计顺序执行一样。另一个需要考虑的问题是处理器应该检查多少条指令以找到并行执行的机会。数字越大，执行效率就越高。这还包括在所检查代码的每个分支的另一端推测执行指令。
- 发表于 2021-12-15 08:50
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