2. 计算机
  3. 为了大幅度提高处理器的速度，当前处理器中都采用了指令级并行处理技术，如超级标量(superscalar)，它是指(42)。流水线组织是实现指令并行的基本技术，影响流水线连续流动的因素除数据相关性、转移相关性外，还有(43)和(44)；另外，要发挥流水线的效

为了大幅度提高处理器的速度，当前处理器中都采用了指令级并行处理技术，如超级标量(superscalar)，它是指(42)。流水线组织是实现指令并行的基本技术，影响流水线连续流动的因素除数据相关性、转移相关性外，还有(43)和(44)；另外，要发挥流水线的效

admin2019-03-04  34
问题 为了大幅度提高处理器的速度，当前处理器中都采用了指令级并行处理技术，如超级标量(superscalar)，它是指(42)。流水线组织是实现指令并行的基本技术，影响流水线连续流动的因素除数据相关性、转移相关性外，还有(43)和(44)；另外，要发挥流水线的效率，还必须重点改进(45)。在RISC设计中，对转移相关性一般采用(46)方法解决。
选项 A、猜测法
B、延迟转移
C、指令预取
D、刷新流水线重填
答案B
解析 由本节练习3的分析，我们知道，数据相关、转移相关、资源相关(多个运算任务在同一机器周期内争同一功能部件)和中断系统都影响流水线的流动。要提高流水线的效率就必须消除这些相关性。首先由编译程序对指令的流水情况进行监测，当发现相关性时就调整指令序列来消除它，例如在相关的指令之间加入一些不相关的指令，在没有其他指令可加入的情况下可以加入空操作NOP指令。
   有关RISC的问题，请读者参考本节练习4的分析。
   下面再介绍常见的几种其他体系结构计算机。
   1．超级标量处理机
   为了大幅度提高处理器的速度，当前处理器中都采用了指令级并行处理技术，如超级标量(superscalar)。在超级标量处理机中，配置了多个功能部件和指令译码电路，采取了多条流水线，还有多个寄存器端口和总线，因此可以同时执行多个操作，以并行处理来提高机器速度。它可以同时从存器储器中取出几条指令同时送入不同的功能部件。超级标量处理机的硬件是不能重新安排指令的前后次序的，但可以在编译程序时采取优化的办法对指令的执行次序进行精心安排，把能并行执行的指令搭配起来。
   2．超级流水线处理机
   超级流水线处理机的周期比其他结构的处理机短。与超级标量处理机一样，超级流水线处理机的硬件不能调整指令的执行次序，而由编译程序解决优先问题。
   3. 超长指令字处理机
   VLIW是一种单指令流多操作码多数据的系统结构，编译程序在编译时把这个能并行执行的操作组合在一起，成为一条有多个操作段的超长指令，由这条超长指令控制 VLIW机中多个互相独立的功能部件，每个操作段控制一个功能部件，相当于同时执行多条指令。
   4．向量处理机
   向量处理机是一种具有向量数据表示、并设置有相应的指令和硬件、能对向量的各个元素进行并行处理的计算机。当进行向量运算时，它的性能要比大型机好得多。向量处理机有巨型计算机和向量协处理机(或称为数组处理机)两种类型，巨型计算机能对大量的数据进行浮点运算，同时它还是可以进行标量计算和一般数据处理的通用计算机。向量处理机一般采用流水线工作，当它处理一条数组指令时，对数组中的每个元素执行相同的操作，而且各元素间是互相无关的，因此流水线不会阻塞，能以每个时钟周期送出一个结果的速度运行。为了存储系统能及时提供数据，向量处理机配有一个大容量的、分成多个模块交错工作的主存储器。为了提高运算速度，在向量处理机的运算部件中可采用多个功能部件，例如向量部件、浮点部件、整数运算部件和计算地址用的地址部件。向量协处理机是专门处理浮点和向量运算的数组处理机，它连接到主机总线上。
   5．多处理机系统
   多处理机具有两个或两个以上的处理机，共享I/O子系统，在操作系统统一控制下，通过共享主存或高速通信网络进行通信，协同求解一个个复杂的问题。多处理机通过利用多台处理机进行多任务处理来提高速度，利用系统的重组能力来提高可靠性、适应性和可用性。多处理机具有共享存储器和分布存储器两种不同的结构。在具有共享存储器的多处理机中，程序员无数据划分的负担，编程容易；系统处理机数目较少，不易扩充。具有分布式存储器的多处理机结构灵活；容易扩充；难以在各个处理单元之间实现复杂数据结构的数据传送；任务动态分配复杂：现有软件可继承性差，需要设计新的并行算法。多处理机系统属于MIMD系统，与SIMD的并行处理机相比，有很大的差别。其根源就在于两者的并行性的层次不同，多处理机要实现的是更高一层的作业任务间的并行。
   6．大规模并行处理机
   并行处理机有时也称为阵列处理机，并行处理机使用按地址访问的随机存储器，以单指令流多数据流方式工作。主要用于要求大量高速进行向量矩阵运算的应用领域。并行处理机制的并行性来源于资源重复，把大量相同的处理单元(PE)通过互联网络(ICN)连接起来，在统一的控制器(CU)控制下，对各自分配来的数据并行地完成同一条指令所规定的操作。PE是不带指令控制部件的算术逻辑运算单元。并行处理机具有强大的向量运算能力，具有向量化功能的高级语言编译程序有助于提高并行处理机的通用性，以及减少编译时间。
   并行处理机有两种基本结构类型：采用分布存储器的并行处理结构和采用集中式共享存储器的并行处理结构。分布式存储器的并行处理结构中，每一个处理机都有自己局部的存储器，只要控制部件将并行处理的程序分配至各处理机，它们便能并行处理，各自从自己的局部存储器中取得信息。而共享存储多处理机结构中的存储器是集中共享的，由于多个处理机共享，在各处理机访问共享存储器时会发生竞争，因此，需采取措施尽可能避免竞争的发生。
   大规模并行处理机(MPP)是随着微处理器技术的飞跃和应用需求的不断攀升在 20世纪80年代中期发展起来的一种新机型。它是由众多的微处理器(从几百到上万)组成的大规模的并行系统。MPP的出现成为计算机领域中一个研发热点，被用做开发万亿次甚至更高速的巨型机的主要结构。MPP可以采用市场上的出售的RISC处理器，所以有很高的性价比。
   7．对称处理机
   对称多处理机(SMP)目前也基于RISC微处理器。它与MPP最大的差别在于存储系统：SMP有一个统一的共享主存空间，而MPP则是每个微处理器都拥有自己的本地存储器
   8．互联网络ICN
   ICN用来连接一个进行计算机系统中各个处理单元(或处理机)、存储模块及各种外部设备，在系统软件控制下，使各处理单元或各个功能部件相互通信的硬件网络结构。常见的互联网结构有总线结构、交叉开关和多级互联网。
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