x86 - Intel x86_64 处理器不仅是流水线架构，还是超标量架构？

Question

Intel x86_64 处理器不仅是流水线架构，还是超标量架构？

流水线 - 这两个序列并行执行(在同一时钟中同一流水线单元的不同阶段，例如具有 4 个阶段的 ADD):

阶段 1 -> 阶段 2 -> 阶段 3 -> 阶段 4 -> 无

没有 -> stage1 -> stage2 -> stage3 -> stage4

超标量 - 这两个序列并行执行(两条指令可以在同一时钟内启动到不同的流水线单元，例如 ADD 和 MUL):

ADD(stage1) -> ADD(stage2) -> ADD(stage3)

MUL(stage1) -> MUL(stage2) -> MUL(stage3)

Answer 1

是的，当代英特尔处理器既是流水线又是超标量。

执行一条指令需要很多纳秒。这包括从指令存储器中获取指令、对指令进行解码、获取操作数、执行任何计算、从存储器中获取数据以及写入结果。即使对于基本性能，重要的是将这些分解成小步骤并允许多个指令同时“在管道中”。

同样，处理器流水线消耗大量资源(面积、功耗、设计复杂性等)。将 1 宽处理器变成 2 宽超标量处理器的成本相对较低。性能改进大于成本(尽管一旦您拥有 4 宽处理器，您将看到 yield 递减变得更广，并且成本呈指数增长)。

因此，您可以期望任何现代处理器(除了绝对最小的)都是超标量的。经验法则 - 如果它连接到内存层次结构，它将是超标量。那是因为内存层次结构消耗了如此多的功率和能量，您需要一个超标量处理器来保持忙碌。