Суперскалярные мп

Отличительной особенностью суперскалярных МП является возможность выполнения нескольких команд за один процессорный цикл. Такой режим выполнения программы стал возможным благодаря наличию в процессорах нескольких исполнительных устройств.

В соответствии с моделью фон Неймана программы пишутся в предположении, что команды будут выполнены в том же порядке, в каком они представлены в программе. Переупорядочение может быть выполнено в трансляторе и (или) в аппаратных средствах во время выполнения. Формирование расписания параллельного выполнения команд возлагается на аппаратные средства микропроцессора. Изменение порядка следования команд имеет целью загрузить работой простаивающие функциональные устройства при выхватывании из потока команд тех, для которых имеются готовые операнды и свободные устройства для их исполнения. Однако при этом должны исследоваться зависимости между командами по регистровым и другим используемым ресурсам. Определение отсутствия зависимости должно делаться быстро, так как иначе теряется смысл изменения порядка выполнения команд.

К основным приемам повышения быстродействия в суперскалярных МП относятся:

• Предварительная выборка команд,

• Предсказание переходов,

• Декодирование команд.

• Переименование ресурсов и диспетчеризации.

• Исполнение команд.

• Работа с памятью.

• Завершение выполнения команды.

В суперскалярном процессоре делается попытка в рамках модели последовательных программ реализовать параллельное исполнение команд этих программ. После извлечения последовательного потока команд между ними устанавливаются только действительно необходимые зависимости по данным. Типичный суперскалярный процессор выбирает команды и исследует их по мере выполнения. Эффективность суперскалярного МП ограничивается:

- степенью параллелизма на уровне команд,

- резким возрастанием сложности при увеличении количества параллельно выполняемых команд.

Вероятнее всего, что пределом распараллеливания при суперскалярной обработке является запуск на исполнение в каждом такте семи - восьми команд.

Мультискалярные мп

Альтернативой суперскалярной обработке является использование длинных командных слов, предполагающее задание в одной команде совокупности параллельно выполняемых команд. При использовании длинных командных слов компилятор может более эффективно исследовать зависимости между командами, чем это делает аппаратура суперскалярного процессора, ограниченная размером окна исполнения. При этом процессор имеет более простое устройство управления и потенциально может работать на более высокой тактовой частоте. При стандартном подходе точность предсказания ветвлений ограничивает степень параллелизма. Если средняя вероятность правильного предсказания перехода 0.9, то вероятность правильного предсказание на пять ветвлений вперед только 0.6. Мультискалярный процессор имеет большую глубину предсказания при обеспечении высокой вероятности выбора правильного направления вычислений. Узким местом данного метода являются команды ветвления.