5.8 高级流水线
为了更进一步加速流水处理器的处理速度,高级流水线技术充分利用指令级并行(ILP)来提高流水线的性能,主要采用的方法有:超流水线和多发射流水线。
超流水线技术是通过细化流水,提高主频,使机器在一个周期内完成多于一个操作,其实质是用时间换取空间。即将流水线的功能段进一步细分,增加功能段数。因为在理想情况下流水段越多,时钟周期越短,指令的吞吐率越高,所以超流水线的性能比普通流水要好。然而,流水线级数越多,用于流水线的寄存器的开销也越大,因此流水线级也不能无限制增加。
多发射流水线技术通过同时启动多条指令(如整数运算、浮点运算、存储器访问等)独立运行来提高指令并行性。如果要实现多发射流水线,要保证数据通路中有多个执行部件,如定点、浮点、乘除等。这种方式是时间重叠和资源重复的综合应用,既采用时间并行性又采用空间并行性,带来的高速效益是最好的。