1.7 体系结构其他的知识

　　1．流水线技术

　　流水线技术其实是通过并行硬件来提高系统性能的常用方法，其基本思想在冯·诺依曼第一台存储程序计算机中已经提出。

　　流水线技术的基本原理实际上是一种任务分解的技术。把一件任务分解成若干顺序执行的子任务，不同的子任务由不同的执行机构负责执行，而这些机构可以同时并行的工作。在任一时刻，任一任务只占用其中一个执行机构，这样就可以实现多个任务的重叠执行，以提高工作效率。

　　流水线技术包括指令流水线和运算操作流水线。需要注意的是，对流水线技术而言，其对性能的提高程度取决于其执行顺序中最慢的一步。

　　在实际情况中，流水线各个阶段可能会相互影响，阻塞流水线，使其性能下降。影响流水线性能的主要因素有两个：执行转移指令和共享资源冲突。

　　在实际处理中，为了使流水线能维持最大的吞吐率，同时确保流水线各段不会产生冲突，就需要对流水线进行很好的控制。一般采用预留表来预测冲突。预留表是从流水线设计直接推导出来的，表中列出的是流水线上各个部件操作的时间信息，每一行代表流水线中的一段，而每一列则代表一个时间步。

　　流水线周期：

　　另外，流水线计算机处理中断的方法通常有两种。

　　Ø 不精确断点法

　　Ø 精确断点法

　　2．RISC技术

　　RISC（reduced instruction set computer）即精简指令集计算机，它的主要特点是CPU的指令集大大简化，从而减少指令的执行周期数，提高运算速度。

　　一般来说，CPU的执行速度受三个因素的影响：

　　Ø 程序中的指令数I

　　Ø 每条指令执行所需的周期数CPI

　　Ø 每个周期的时间T

　　它们之间的关系可表示为：程序执行时间=I*CPI*T

　　与CISC（复杂指令集系统）相比，RISC具有以下的特点。

　　RISC采用窗口重叠技术完成寄存器的组织和参数的传递，对于RISC的流水线的处理是采用延迟转移的方法解决流水线阻塞和互锁。

　　另外，采用RISC技术的CPU硬件一般具有寄存器数量多、采用流水线组织、控制器的实现采用硬布线逻辑电路等特点。

　　3．并行处理技术

　　并行性（parallelism）就是指在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，只要时间上相互重叠，就都蕴含了并行性。并行性有两重含义：

　　同时性（simultaneity）：两个或两个以上事件在同一时刻发生

　　并发性（concurrency）：两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生

　　并行性有不同的层次，从不同的角度看其层次结构也不一样。

　　程序执行的并行性

　　指令内部并行：一条指令内的微操作之间的并行；

　　指令间并行：多条指令的并行执行；

　　任务或进程并行：软件的进程任务分解

　　作业或程序并行：软件和硬件的分配

　　数据处理的并行性

　　位串字串：一次只对一个字的一位进行处理

　　位并字串

　　位串字并

　　位并字并（全并行）

　　操作并行性

　　存储器操作并行：多个存储单元同时被访问

　　处理器操作步骤并行：指令的执行步骤重叠

　　处理器操作并行：大量的处理单元按同一指令对多个数据操作；

　　提高计算机系统并行性的措施主要有3类。