5.2.3.流水线的分类

5.2.4.流水线的多发技术

1.超标量技术：每个时钟周期内可以并行执行多条指令（同一时刻同时发出）（增加多组功能部件，空分复用）

2.超流水技术：时钟周期内再分为多个时间段，每个时间段发出一条指令（不同时刻发出）（时分复用） 3.超长指令字：

5.3.五段式指令流水线

1.运算类指令：运算类指令无需从访存，但仍需要完整经过访存周期（MEM）

2.LOAD指令：采用基址寻址方式，需要经过ALU计算才能得到有效地址（即需经过执行周期EX）

3.STORE指令：A存放基地址，IMM存放偏移量（立即数），经过ALU计算后得到有效地址EA，并将EA放入连接ALU的锁存器中；B存放要存入主存的数据，然后放入STORE锁存器中；根据EA的两个锁存器中的内容将数据写入主存中（通常情况下仅需写入DATA CACHE中，因此，WB阶段无需做任何事）

4.条件转移指令：对PC的修改在MEM阶段执行，WB阶段无需做任何事

5.无条件转移指令：对PC的修改在EX阶段进行，MEM和WB阶段无需做任何事

6.多处理器的基本概念

6.1.多处理器系统的基本概念

1.数据级并行：并行的对数据进行处理

单指令流（Single Instruction Stream）：CPU同一时间只能处理一个指令序列（并发）

多指令流（Multiple Instruction Stream）：CPU同一时间可以处理多条指令序列（并发）

单数据流（Single Datastream Stream）：每条指令只能处理一两个数据

多数据流（Multiple Datastream Stream）：每条指令可以处理多个数据

2.SISD（Single Instruction Stream Single Data Stream，单指令流单数据流）

①特点：各指令序列只能并发，不能并行；每条指令只能处理一两个数据；不是数据级并行技术

②提升效率的方式：采用指令流水线、多模块交叉处理器（低位交叉）

3.SIMD（Single Instruction Stream Multiple Data Stream，单指令流多数据流）：

①特点：各指令序列只能并发，不能并行；每条指令可以同时处理多个具有相同特征的数据；是数据级并行技（同一时刻只有一条指令运行，但是每条指令的执行可以并行处理多个数据）；擅长对结构类似的数据进行相同处理

②指令控制部件（CU）取出指令后，可以向多个执行部件（ALU）发出相同的控制信号（即不不同执行部件实际上执行的是同一条指令），每一个执行部件都会有自己独立的局部存储器、数据寄存器组和地址寄存器组（各个执行部件处理的数据的存放位置不一样，因此需要单独设置地址寄存器组）

4.MISD（Multiple Instruction Stream Single Data Stream，多指令流单数据流）：不存在

5.MIMD（Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream，多指令流多数据流）：

①特点：可以并行处理指令序列和多个不同数据；线程级并行（每个核可以运行不同的线程，即多个线程可以并行执行）及以上并行（线程级以上的并行，即进程级并行，每个核处理不同进程）

②可以分为多处理器系统和多计算机系统：

（1）多处理器系统（即共享存储多处理器，Shared Memory multiProcessor，SMP）：多个处理器和一个存储器（共享）。

①各处理器间可以通过LOAD/STORE指令访问同一个存储器：所有核心共享同一个物理地址空间

②可以通过主存直接相互传送数据：核心A将数据放入主存/最低级CACHE，核心B再从该位置取出数据

③多核处理器等价于共享存储多处理器

（2）多计算机系统：由多台计算机组成，即多个处理器和多个存储器。不能通过LOAD/STORE指令访问对方存储器（LOAD/STORE只能访问自己的存储器；每个计算机有自己独立的存储器）；只能通过消息传递的方式传递数据

6.向量处理器（SIMD的改进）：特点：指令的处理对象是向量；主存储器采用多端口同时读取的交叉模块存储器（用于解决数据读取量大）

6.2.硬件多线程的基本概念

1.细粒度/粗粒度：并行运行的是同一线程的不同指令

阻塞时切换线程将会导致更高的切换代价

2.同时多线程：并行运行的是不同线程的不同指令