开发流水线和指令级并行性

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1、开发流水线和指令级并行性早起流水线CPU第一个通用流水线处理器被认为是Stretch,IBM7030。Stretch跟着IBM704并且有比704快100倍的目标。目标是当时艺术状态的延伸,因此它有了那个绰号。这个计划是获得1.6个因子从重叠读取,解码和执行,使用一个四阶段的通道。Bloch[1959]和Bucholtz[1962]描述了设计和工程的权衡,包括使用ALU绕过的。一系列的通用通道描述出现在1970年代末和1980年代早期提供大部分的术语和大部分的基本描述技术用于简单的管道。这些调查包括Keller[1975],Ramamoorthy和李[1977],陈[1980],Kogge[1

2、981]的书,完全奉献给了流水线。Davidson和他的同事(1971-1975)开发了通道的概念作为设计方法预定表对多周期的管道与反馈(还描述了在Kogge[1981])。许多设计师使用这些概念的变化,无论是在设计管道或在创建软件都安排他们。最初设计的RISC处理器与便于实现和流水线在心里。一些早期的RISC论文,发表在早期1980年代,试图量化性能优势的精简指令集。最好的分析,然而,是一个VAX和MIPS对比的实现由Bhandarkar和Clark在1991年出版,10年之后第一次发表论文的RISC(参见图k1)。经过十年的争论实现效益的RISC,即使最持怀疑态度的设计师都会对RISC指令

3、集架构的有点产生信服。J·E·Smith和他的同事们写很多论文检查指令问题、异常处理和CPU高速的通道深度。Kunkel和Smith[1986]评估影响通道架空和最佳通道深度选择的依赖;他们也有一个优秀的讨论关于锁存器的设计及其影响流水线。Smith和Pleszkun[1988]评估各种技术来保留精确的异常。Weiss和Smith[1984]评估各种硬件流水线调度和指令问题。MIPSR4000是第一个深度流水线微处理器和是被Killian[1991]和Heinrich[1993]创造的。最初的阿尔法实现(21064)也有类似的指令集和类似的整体流水线结构,与更多的流水线在浮点单元。引入动态调度

4、在1964年CDC年发布了第一款CDC6600。CDC6600有许多独特的方式。除了引入存储器计数,CDC6600是第一个处理器使大量使用多个功能单元。它还在外围使用多线程处理器。流水线和之间的交互指令集的设计被理解,和一个简单的、负载储备指令集被用来促进流水线。CDC6600也用一种先进的包装技术。Thornton[1964]描述了管道和I/O处理器体系结构,包括概念的无序的指令执行。Thornton的书[1970]提供了一个很好的描述整个处理器,从技术架构,包括一个由克雷前言。(不幸的是,这书目前已绝版)。CDC6600还有一个指令调度程序为FORTRAN编译器,被Thorlin描述[19

5、67]。IBM360型号91:一个具有里程碑意义的计算机IBM360/91引入了许多新概念,包括标签的数据、寄存器从命名、动态检测内存危险,和广义转发。Tomasulo的算法是在他1967年的论文中描述。Anderson,TomasuloSparacio[1967]描述的其他方面,包括处理器使用分支预测。许多想法在360/91淡出使用近25年才被广泛的在1990年代复活。不幸的是,360/91并不成功,只有少数被出售。复杂的设计使它晚到市场,允许模型85,这是第一款IBM处理器缓存超越91。IBM360型号91:一个具有里程碑意义的计算机分支预测方案J·E·Smith[1981]描述了2位动态

6、硬件分支预测方案。Ditzel和McLellan[1987]描述小说分支预测方案,这实现分支折叠。我们检查了被Pan,So,Rameh[1992]描述的相关预测。Yeh和Patt[1992]推广了相关概念和描述了使用分支历史预测因子的每个分支,类似于Pan,So,Rameh[1992]使用当地历史预测对21264的检查。McFarling的赛事预报方案,他指的是作为一个组合预测中,描述了他1993年的技术报告。它最近有很多的论文分支预测基于多层次的变化并且关于预测器的想法。Kaeli和Emma[1991]描述返回地址预测。Eversetal[1998]是一个深入分析的多级预报器。数据显示在第二

7、章是从Skadronetal[1999]。有几种方案可以提供一些额外的预测,预测比赛以外的受益。Eden和Mudge[1998]和Jimenez和Lin[2002]描述这样的方法。多问题处理器的发展IBM在多问题处理领域做出了开创性的工作。在1960年代,一个在加州的叫做ACS的项目,它包括多问题的概念,建议对于动态调度(尽管与一个简单的机制Tomasulo的方案,比使用备份寄存器),取下两个分支

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