指令集并行：多流出与多线程

多流出流水线在一个时钟周期内可以完成多条指令。多发射处理器主要有超标量和超长指令字两类。

基于静态调度的超标量技术的核心思想是执行时动态按序发射，编译时进行代码调度。发射段IS检测并处理冒险，组织无冒险的若干条连续指令作为发射包。一旦遇到冒险，就将当前指令及其后续指令阻塞在IS段。由于寄存器、存储器的访问冲突以及数据控制冒险带来的损失都成倍提高，静态超标量的性能提升并不显著。

基于动态调度的超标量技术在执行时动态地乱序发射指令。其通过增设IS和保留站RS来实现动态调度。IS段阻塞那些存在结构冒险的指令，RS段阻塞那些存在RAW冒险的指令，发射包由无冒险的若干条指令组成，最后按序完成。整个过程与硬件推测执行高度类似，其性能相比静态超标量有大幅度提高。

超长指令字，顾名思义，将若干条指令捆绑在一起作为一个整体进行硬件层面上的调度。每个时钟周期发射的指令数是固定的，冲突由软件检测，采用静态调度。因此，不需要设置冲突检测硬件，对冲突采用锁步机制。编译程序在生成代码时，所有冒险已经消除。

循环展开也是重要的软件调度技术，通过对循环体进行展开，进行等价的语义交换，开发不同迭代之间的并行性，减少RAW和控制冒险。其开销在于代码长度增加，使用的寄存器数量增多。

由于不同线程的指令大都相互独立，开发线程级并行是提高并行度的重要手段。多线程技术中，多个线程以重叠方式共享单处理器的功能部件，以隐藏流水线冲突、访存等时延。为保存线程私有状态而共享运算部件，多线程处理器中设置一套功能部件和多套状态部件。细粒度多线程每个时钟周期都切换线程，其虽然隐藏了停顿提高了吞吐率，但单个线程的周转时间增加；粗粒度多线程在由较长停顿时切换线程，此时单个线程的速度相对可保证，但吞吐率提高又较为有限；一种更好的方案是采用同时多线程（超线程）技术，它在细粒度多线程的基础上，允许同时执行不同线程的指令，而不仅限于每个时钟周期进行切换，此时吞吐率得到大幅提高。

标签：并行,调度,指令,线程,发射,指令集,多线程,冒险
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