它可以從多個抽象層次解釋計算機體系結構理論。在每個層次上，體系結構都將透過宣告底層計算模型、功能規範和實際實現來表示。因此，解釋涵蓋三個要素，包括底層計算模型、考慮的層次和關注的範圍，如圖所示。首先，它可以概述底層計算模型。幾年前，“計算機體系結構”這一術語本質上被解釋為馮·諾依曼體系結構。隨後，當依賴於非馮·諾依曼計算模型的新型體系結構出現時…… 閱讀更多

馮·諾依曼模型由三個特定元件（或子系統）組成，包括中央處理單元 (CPU)、記憶體和輸入/輸出 (I/O) 介面。該圖定義了互連這些元件的各種可能方法之一。CPU - CPU 可被視為計算系統的核心，包括三個主要元件：控制單元 (CU)、一個或多個算術邏輯單元 (ALU) 和多個暫存器。控制單元決定指令的執行順序並控制有用運算元的檢索。它定義了機器的指令。每個指令的執行由…… 閱讀更多

有六種基本的計算模型，例如圖靈機、馮·諾依曼模型、資料流模型、應用模型、基於物件的模型、基於謂詞邏輯的模型等。這些模型被稱為基本模型，因為它們可以使用一組基本的抽象來宣告。可以為每個基本模型定義任意程度的子類層次結構。例如，如果將程序抽象引入馮·諾依曼模型，則可以根據所有程序是否可以訪問全域性資料空間（共享記憶體子類）或程序是否可以擁有自己的區域性資料空間以及透過…… 閱讀更多

計算模型的理論比程式語言和計算機體系結構的方法具有更高的抽象級別。程式語言可以被認為是一種規範裝置，它使計算任務的系統適用，其中假定了特定的計算模型。計算機體系結構可以被認為是執行計算模型或實現使用程式語言定義的給定計算任務的工具，其中給出了特定的計算模型。為了演示這些關係，可以考慮與馮·諾依曼計算模型相比的程式語言和計算機體系結構的基本特徵。一種程式設計…… 閱讀更多

全域性指令排程的實現是一種稱為跟蹤排程的技術。跟蹤排程最初用於為耶魯大學的實驗性 VLIW 機器 ELI-512 開發的 Bulldog 編譯器 (Fisher 等人，1984)，隨後用於商業 TRACE 系列 VLIW 機器 (Colwell 等人，1987) 的跟蹤排程編譯器。最近發表的一種新的全域性排程技術是 FRGS（有限資源全域性排程），由 IBM 為 VLIW 和超標量處理器開發和實驗性地實現 (Moon 和 Ebcioglu，1992，Moon 等人，1993)。跟蹤排程這種技術與大多數指令排程技術一樣，起源於水平微碼機器的排程…… 閱讀更多

ILP 編譯器必須提取可接受的指令級並行性才能正確利用可用的硬體資源，特別是 EU。對於極度並行的 ILP 處理器（包括 VLIW 機器或高度超標量處理器）而言，這並非易事。具體來說，通用程式（包括作業系統或應用程式程式），它們的基本塊大小較小，並行性極不規則，其特徵在於不可預測的分支，使這項任務極其困難甚至無法解決。在這種方法中，基本塊排程器無法預測是否能提取足夠的並行性來準確地為高度並行的 ILP 處理器提供服務。因此，並行性貪婪的 ILP 處理器的編譯器必須使用非常有效的排程技術，即…… 閱讀更多

軟體流水線是一種編譯時排程技術，它重疊連續的迴圈迭代以公開操作級並行性。開發足夠的軟體流水線演算法的一個必要問題是如何處理包含條件分支的迴圈。條件分支會增加複雜性並降低軟體流水線演算法的效能，因為它們將少數可能的執行路徑引入排程範圍。軟體流水線是透過基於展開的技術或模數排程來實現的，如圖所示。基於展開的技術的基本思想很簡單——展開迴圈幾次並將展開的程式碼排列在…… 閱讀更多

軟體流水線是一種編譯時排程技術，它重疊後續迴圈迭代以公開操作級並行性。開發足夠的軟體流水線演算法的一個必要問題是如何處理包含條件分支的迴圈。條件分支會增加複雜性並降低軟體流水線演算法的效能，因為它們會提供少數可能的執行路徑進入排程機會。為了演示其基本思想，讓我們看看在具有多個並行執行的執行單元的 ILP 處理器上迴圈的最可行的並行執行。讓我們假設迴圈體的類似 RISC 的中間程式碼…… 閱讀更多

迴圈是 ILP 處理器並行性的重要來源。因此，控制結構的規律性可以加快計算速度。迴圈排程是為高度並行 ILP 處理器（包括 VLIW）開發的指令排程器的中心點。迴圈排程的型別有兩種不同型別的迴圈排程如下：迴圈展開迴圈展開的基本概念是多次重複迴圈體並丟棄不必要的迭代間程式碼，包括遞減迴圈計數、驗證迴圈結束以及在迭代之間有條件地回溯。這將縮短實現時間。迴圈展開可以執行…… 閱讀更多

基本塊排程是一種簡潔但效率最低的程式碼排程技術。因此，只有基本塊內的指令才能重新排序。結果，可行的加速取決於真實資料和控制依賴性。基本塊排程器通常用於輕度和中度並行的 ILP 處理器，例如流水線和早期超標量處理器。大多數用於 ILP 處理器的基本塊排程器屬於列表排程器的類別，例如為 MIPS 處理器、Sparc 處理器、RS/6000、HP 精密架構和 DEC α 21064 開發的那些（Kerns 和 Eggers，1993，Gibbons 和 Muchnick，1986）。列表排程器可以用於…… 閱讀更多