指令流水线技术　

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1、浅谈指令生产流水线技术　Intel公司的X86序列CPU以及其它公司所生产的兼容产品，是目前世界上个人电脑中装机最多的芯片。每当各种媒体介绍或评价这类CPU时，经常会提到诸如“流水线”、“乱序执行”和“分枝预测”等专业术语，尽管不少朋友也知道这些都是CPU使用的先进技术，但毕竟比什么主频、外频等难理解多了。所以我就对经常出现在CPU特性表中的专业术语谈谈自己的理解，以供其他电脑爱好者参考。1、IA一32＆IA-64IA是英语“英特尔体系／IntelArchitecture”的缩写。这是因为目前使用的CPU以Intel公司的X86序列产品

2、为主，所以人们将Intel生产的CPU统称为英特尔体系(IA)CPU。由于其它公司如AMD等公司生产的CPU基本上能在软、硬件方面与Intel的CPU兼容，所以人们通常也将这部分CPU列入IA系列。由于目前使用的CPU，包括新推出的PentiumIII都还是32位的，所以又被列为IA-32。而IA-64就是Intel下一步将推出的64位CPU，但其物理结构和工作机理与目前的X86序列的IA-32CPU完全不同。2、CPU的位和字长位：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”在CPU中都是一“位

3、”。字长：电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。字节和字长的区别：由于常用的英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字节的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个宇节，而32位的CPU一次就能处理4个宇节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。3、CPU外频CPU外频也就是常见特性表中所列的CPU总线频率，是由主

4、板为CPU提供的基准时钟频率，而CPU的工作主频则按倍频系数乘以外频而来。在Pentium时代，CPU的外频一般是60／66MHz，从PentiumII350开始，CPU外频提高到1O0MHz。由于正常情况下CPU总线频率和内存总线频率相同，所以当CPU外频提高后，与内存之间的交换速度也相应得到了提高，对提高电脑整体运行速度影响较大。4、CPU主频CPU主频也叫工作频率，是CPU内核(整数和浮点运算器)电路的实际运行频率。在486DX2CPU之前。CPU的主频与外频相等。从486DX2开始，基本上所有的CPU主频都等于“外频乘上倍频系数

5、”了。5、流水线技术流水线(pipeline)是InteI首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5~6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5~6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。由于486CPU只有一条流水线，通过流水线中取指令、译码、产生地址、执行指令和数据写回五个电路单元分别同时执行那些已经分成五步的指令，因此实现了486CPU设计人员预期的在每个时钟周期中完成一条指令的目的(按笔者看法

6、，CPU实际上应该是从第五个时钟周期才达到每周期能完成一条指令的处理速度)。到了Pentium时代、设计人员在CPU中设置了两条具有各自独立电路单元的流水线，因此这样CPU在工作时就可以通过这两条流水线来同时执行两条指令，因此在理论上可以实现在每一个时钟周期中完成两条指令的目的。6、超流水线超流水线(superpiplined)是指某型CPU内部的流水线超过通常的5~6步以上，例如Pentiumpro的流水线就长达14步。将流水线设计的步(级)数越多，其完成一条指令的速度越快，因此才能适应工作主频更高的CPU。这一点我们可以用日常事例来

7、说明，比如栽树时由5个人同时栽10棵(一人两棵)所完成的速度当然没有10人同时栽(一人一棵)所完成的速度快。7、超标量技术超标量(superscalar)是指在CPU中有一条以上的流水线，并且每时钟周期内可以完成一条以上的指令，这种设计就叫超标量技术。8、乱序执行技术乱序执行(out-of-orderexecution)是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。比方说程序某一段有7条指令，此时CPU将根据各单元电路的空闹状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后，将能提前执行的指令立即发送给相应电

8、路执行。当然在各单元不按规定顺序执行完指令后还必须由相应电路再将运算结果重新按原来程序指定的指令顺序排列后才能返回程序。这种将各条指令不按顺序拆散后执行的运行方式就叫乱序执行(也有叫错序执行)技术。采用乱序