5. 标量处理机

重叠方式

顺序解释 指的是各条指令之间顺序串行（执行完一条指令之后才取下一条指令）地进行，每条指令内部的各个微操作也是顺序串行地进行。（选，填）

解析一条机器指令的微操作可归并成取指令、分析和执行三部分。（选，填）

取址是按指令计数器的内容去访主存，取出该指令送到指令寄存器。（选，填）

指令的分析 是对指令的操作码进行译码，按寻址方式和地址字段形成操作数真地址，并用此真地址去取操作数（可能访主存，也可能访寄存器），为取下一条指令，还要形成下一条指令的地址。（选，填）

指令的执行 则是对操作数进行运算、处理，或存储运算结果（可能要访主存）。（选，填）

实现指令的重叠解释必须在计算机组成上满足以下几点要求（答）

1. 要解决访主存的冲突。
2. 要解决 "分析" 与 "执行" 操作的并行。
3. 要解决 "分析" 与 "执行" 操作控制上的同步。
4. 要解决指令间各种相关的处理。

一次重叠的定义和好处有（答）

1. 任何时候都只是执行 k 与分析 k+1 重叠。就是说，即使分析k+1 比执行k 提前结束，执行k+1 也不紧接在分析k+1 之后与执行k之后与执行k重叠进行；
2. 同样，即使执行k比分析k+1提前结束，分析k+2也不紧接在执行k之后与分析k+1重叠进行。
3. 称这种指令分析部件和指令执行部件在任何时候都只有相邻的两条指令在重叠解释的方式为一次重叠。
4. 一次重叠的好处是节省硬件，计算机内指令分析部件和指令执行部件均只需一套，也简化了控制。设计时应适当安排好微操作，使分析和执行的时间尽量等长，重叠方式才能有较高的效率。

指令相关是因为机器指令允许修改而引出的。如果规定在程序运行过程中不准修改指令，指令相关就不可能发生。（填）

流水方式

流水与重叠的含义（答）

1. 流水与重叠在概念上没什么差别，流水可以看成是重叠的引申。
2. 二者的差别是只在于一次重叠是把一条指令的解释分为两个子过程，而流水式分为更多个子过程。
3. 前者可同时解释两条指令；后者可同时解释四条指令。

流水的分类（答）

1. 流水按处理的级别可分为部件级、处理级、和系统级。
2. 从流水具有功能的多少，可以分为单功能流水线和多功能流水线。
3. 按多功能流水线的各段能否允许同时用于多种不同功能连接流水，可以把流水线分为静态流水线和动态流水线。
4. 从计算机所具有的数据表示角度，可以把流水线处理机分为线性流水线和非线性流水线。

流水线的效率是指流水线中设备的实际使用时间占整个运行时间之比，也称流水线设备的时间利用率。（填）

任务在流水线中流动顺序的安排和控制可以有两种方式。（选、填）

一种是让任务（指令）流出流水线的顺序保持与流入流水线的顺序一致，称为顺序流动方式或同步流动方式。

另一种是让流出流水线的任务（指令）顺序可以和流入流水线的顺序不同，称为异步流动方式。

标量流水机对局部性相关的处理一般采用总线分布方式控制管理，包括（答）

1. 相关判断主要是靠分布于各寄存器的 "忙位" 标志来管理。
2. 在分散于各流水线的入、出端设置若干保存站来缓存信息。
3. 用站号控制公共数据总线的连接作相关专用通路，使之可为多个子过程的相关所公用。
4. 一旦发生相关，用更换站号来推后和控制相关专用通路的连接。
5. 采用多条流水线，每条流水线入端有多组保存站，以便发生相关后，可以采用异步的流动方式。

全局性相关指的是以进入流水线的转移指令（尤其是条件转移指令）和其后续指令之间相关。下面是一些常用的处理方法：（答）

1. 使用猜测法。
2. 加快和提前形成条件码。
3. 采取延迟转移。
4. 加快短循环程序的处理。

指令级高度并行的超级处理机

自从20世纪80年代RISC 兴起之后，出现了提高指令级并行的高性能超级处理机，让单处理机在每个时钟周期可以解释多条指令。代表性的例子是超标量处理机、超长指令字处理机（VLIW）、超流水线处理机和超标量超流水线处理机。（选、答）。