什麼是超標量處理器?
超標量處理器旨在為單個順序程式生成每時鐘週期超過一條指令的執行速度。超標量處理器設計定義為一組方法,使計算機的中央處理單元 (CPU) 能夠在執行單個順序程式時管理每週期超過一條指令的吞吐量。
雖然對解釋沒有達成全球共識,但超標量設計技術涉及並行指令解碼、並行暫存器重新命名、推測執行和亂序執行。這些技術通常與補充設計技術一起使用,包括流水線、快取、分支預測和多核,這些技術在當前微處理器設計中使用。
超標量處理器經歷了三個連續階段的出現:首先,構思了這個想法,然後出現了一些體系結構提案和原型機,最後,在最後一個階段,商業產品進入市場。
超標量問題的概念最早在 1970 年(Tjaden 和 Flynn,1970 年)就被提出。後來在 1980 年代(Torng,1982 年,Acosta 等人,1986 年)進行了更精確的重新表述。
超標量處理器提案和原型機隨後出現,如圖所示。
就原型機而言,IBM 是第一個進行兩項重要的超標量開發的公司,稱為 Cheetah 和 America 專案。Cheetah 專案(1982-83 年)和隨後的 America 專案(從 1985 年開始)是 IBM 研究超標量執行的試驗檯。
四路 Cheetah 機器作為 America 處理器的基礎,後者催生了 RS/6000(1990 年),後來更名為 Power1。Power 1 幾乎與 America 機器相同(Grohoski,1990 年)。
據認為,術語“超標量處理器”首次出現在與這些開發相關的 IBM 內部技術報告中(Agarwala,T 和 Cocke,J. 高效能精簡指令集處理器,1987 年)。
超標量開發領域的第二個早期參與者是 DEC,其 Multititan 專案從 1985 年持續到 1987 年。雖然 Multititan 專案是 Titan 專案(1984 年)的延續,該專案的目的是構建一個非常高速的 RISC 處理器,但該專案對 α 處理器系列的開發貢獻不大。
英特爾 960CA 嵌入式 RISC 處理器是 1989 年推出的第一臺商用超標量機器。為了隨後提高效能,所有主要製造商都被迫在其商業處理器系列中引入超標量問題。
超標量 RISC 處理器根據兩種不同的方法出現。一些處理器是透過將當前(標量)RISC 系列轉換為超標量系列而出現的。這方面的例子包括英特爾 960、MC 88000、HP PA(精密架構)、SunSparc、MIPS R 和 AMD Am29000 RISC 系列。另一種重要的方法是感知一種新的體系結構,並從一開始就將其作為超標量系列執行。當 IBM 在 1990 年宣佈其 RS/6000 處理器時,這種情況就發生了,後來該處理器更名為 Power1。