淺談微處理器架構

胡健

摘要：微處理器架構廣泛應用于微處理器設計。 該文主要論述了流水線對處理器性能的影響，微處理器架構的關鍵技術包括緩存存儲器、緩存一致性、分支預測、寄存器重命名、微指令、重新排序等技術。

關鍵詞：緩存存儲器；緩存一致性；分支預測

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）23-5536-03

1 概述

處理器架構定義了這種架構可以執(zhí)行的指令，但是決定這些指令執(zhí)行方式的是微處理器架構。在處理器設計流程的諸多決定因素中，處理器架構方面的因素對于處理器的性能和最終芯片的面積有著很大的影響。

根據定義，處理器架構之間的改變對于編程人員是可見，并且需要新軟件來支持新處理器架構。對于采用了新的架構寄存器和SIMD指令的程序，處理器性能可以得到提升，但是對于原先版本的軟件卻沒有影響。微處理器架構的改變對于程序員確實是不可見的，并且可以提升處理器性能而不需要軟件進行任何改變。

2 流水線對處理器性能的影響

大部分微處理器架構改進的方面基本上集中在提高程序的指令并行度。處理器架構定義了軟件的運行方式，其中就期望在程序執(zhí)行過程中每一個時鐘周期執(zhí)行一條指令。然而，在程序中很多指令可以并行執(zhí)行或者至少重疊執(zhí)行。微處理器架構可以利用這些優(yōu)勢來提高處理器性能，但是為了保證軟件兼容性，又要維持指令的順序執(zhí)行。通過允許不同指令的重疊執(zhí)行，流水線可以提供更高的處理器性能。……