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第卷第期小型微型计算机系统.. .
年月一.·

新一代微处理器的技术特征与趋向
郑飞陆鑫达
;计算而
摘要从流水线技术、指调度技术、设计技术及多媒体支持等方面详细讨
’。
关键词堂竺堡量一——,超,指令调度,设计· ·
引言
年底全球著名的五大集团争相宣布了各自的最新型微处理器,并将于
今年陆续推向市场。这些新一代微处理器包括—~的
、的—、的—、
—的即,和的等,其性能几乎均
将达到和以上,使现代微处理器的性能跃上新台阶。这些新一
代微处理器在流水线技术、指令调度技术、设计技术、多媒体支持等方面均较前
一代更为先进、高效,有着明显的特征。本文将对此进行详细的讨论与分析。
新一代微处理器中的流水线技术
新一代微处理器的一个显著特征是无一例外地采用超标量并行流水线结构,这一
特征结束了几年前的超级流水线与超标量技术之争。在前述个新一代中有个采用
了路超标量结构,而它们的前一代只有~路的并行度。这反映了处理器的超标量
并行度正逐步增大较高的超标量并行度要求采用更灵巧有效、复杂的指令调度技术,如
指令的分派与释放及其顺序控制、指令执行顺序的控制、转移指令的预测及相应路径上指令
的推测性执行、指令的完成/撤离顺序控制等等。这是因为处理器需要使更多的流水线保持
充满有效的指令,使更多个不同功能的执行流水线并行地处理指令混合状态千差万别的程序
指令流。
另一方面,流水线条数的增多有其极限,过大的并行度将使超标量结构中的指令分派与
执行单元变得异常复杂,实现这些逻辑的电路将占据处理器的绝大部分晶体管,导致整
收倍日期—· 郑飞· 讲师,主要从事计算帆系绕结构,计算机网络· 多蚌体址理等方面的研究与开筮工
作。。
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期郑飞等新一代微处理器的技术特征『与趋向
个芯片电路复杂、集成度提高、制造困难、合格率下降,最终要么成本太高,要么超出已有微
电子技术的能力。那么超标量的这一极限并行度究竟是多少呢有些专家认为上述新一代
的路并行度已基本达到极限,超过路的并行度将得不偿失。是否真的如此,有待时
间证明。但有一种趋向已很明显,许多有实力的傲处理器制造商已不再把重点放在提高超标
量的并行度,而转向研究有违初衷的超级并行结构——】超长指令字结构及相
应技术,将复杂的指令调度与分配问题转移到软件编译器中。这些制造商包括、
、
、、等等。
新一代微处理器中的指令调度技术
. 指令调度的概念与问韪
微处理器的指令调度主要指从指令中预取指令,根据一定规则及
指令的各类相关性资源相关、控制相关和数据相关等把取到的指令分派给处理
器中的各条流水线,然后在特定时刻把指令释放到相应的流水线中。这一过程大致是
流水线的前几个级段如取指、译码、释放,在同一处理器中多条流水线的这几个级
段通常是共享的。
指令调度涉及的主要问题有两个。一是在预取指令时如何预取条件转移指令之后的指
令,亦即如何处理指令的控制相关。条件转移通常会导致程序的指令流发生变化,为保证取