標量處理機先行控制

先行控制(Lookahead)技術(shù)最早在IBM公司的STRETCH機器中采用。目前，許多處理機中都已經(jīng)采用了先行控制技術(shù)

先行控制技術(shù)的關(guān)鍵是緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)

緩沖技術(shù)是在工作速度不固定的兩個功能部件之間設(shè)置緩沖棧，用以平滑它們的工作

在采用了緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)之后，運算器能夠?qū)Ｐ挠跀?shù)據(jù)的運算，從而大幅度提高程序的執(zhí)行速度

標量處理機提高指令執(zhí)行速度的主要途徑

提高處理機的工作主頻

采用更好的算法和設(shè)計更好的功能部件

采用指令級并行技術(shù)

標量處理機三種指令級并行處理機

流水線（pipelining ）處理機

超標量（Superscalar）處理機

超長指令字(VLIW：Very Long Instruction Word)處理機

標量處理機四個基本技術(shù)

先行控制技術(shù)

流水線技術(shù)

相關(guān)性分析技術(shù)

動態(tài)調(diào)度技術(shù)

標量處理機簡單流水線

流水線的每一個階段稱為流水步、流水步驟、流水段、流水線階段、流水功能段、功能段、流水級、流水節(jié)拍等

在每一個流水段的末尾或開頭必須設(shè)置一個寄存器，稱為流水寄存器、流水鎖存器、流水閘門寄存器等流水鎖存器會增加每條指令的執(zhí)行時間，但采用流水線之后整個程序的執(zhí)行時間會縮短

為了簡化，在一般流水線中不畫出流水鎖存器。

標量處理機流水線的主要特點

只有連續(xù)提供同類任務(wù)才能充分發(fā)揮流水線的效率

對于指令流水線：要盡量減少因條件分支造成的“斷流”

對于操作部件：主要通過編譯技術(shù)，盡量提供連續(xù)的相同類型的操作。

在流水線的每一個流水線段中都要設(shè)置一個流水鎖存器。

時間開銷：流水線的執(zhí)行時間加長，

是流水線中需要增加的主要硬件之一。

各流水段的時間應(yīng)盡量相等

流水線處理機的基本時鐘周期等于時間最長的流水段的時間長度

流水線需要有“裝入時間”和“排空時間”

標量處理機單功能流水線與多功能流水線

單功能流水線：只能完成一種固定功能的流水線

Cray-1計算機種有12條

YH-1計算機有18條

Pentium有一條5段的定點和一條8段的浮點流水線

PentiumⅢ有兩條定點指令流水線，一條浮點指令流水線。

多功能流水線：流水線的各段通過不同的連接實現(xiàn)不同的功能

Texas公司的ASC計算機中的8段流水線，能夠?qū)崿F(xiàn)：

定點加減法、定點乘法

浮點加法、浮點乘法

邏輯運算、移位操作

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、向量運算等

基本結(jié)構(gòu):多個操作部件.如:一個或多個通用寄存器堆;兩個Cache;三種處理部件:定點處理單元,浮點處理單元,圖形處理單元.

它的典型結(jié)構(gòu)是有多個操作部件，一個或幾個比較大的通用寄存器堆，一個或兩個高速Cache。先進的超標量處理機一般都包含有三個處理單元，一個是定點處理單元，通常稱為中央處理單元（CPU），它由一個或多個整數(shù)處理部件組成；第二個是浮點處理單元（FPU），它由浮點加減法部件和浮點乘除法部件等組成；第三個是圖形加速部件，也稱為圖形處理單元（GPU），這是現(xiàn)代處理機中不可缺少的一個部分。先進的超標量處理機通常都設(shè)置有大量的通用寄存器。在有的超標量處理機中，CPU和FPU分別使用兩個通用寄存器堆

標量磁位是標量的磁位，其單位為A（安培）。標量磁位與磁場強度的關(guān)系與電位和電場強度的關(guān)系類似，標量磁位的負梯度等于磁場強度。標量磁位在數(shù)學(xué)上只是一個中間量，但可以又它更容易地計算磁場。

中文名稱

標量磁位

英文名稱

scalar magnetic potential

定　　義

無旋磁場強度的標量位，其梯度的負值是無旋磁場強度。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），通論（二級學(xué)科）

在靜電場中，由于處處有▽×E=0，因此可以定義標量電位E=-▽Φ。而在恒定磁場中的有源區(qū)，▽×B=μ₀J，因此有源區(qū)的磁感應(yīng)強度不能表示為標量場的梯度。但在電流密度等于0的無源區(qū)，磁感應(yīng)強度滿足

因此在無源區(qū)域，磁感應(yīng)強度也可以用標量場的梯度表示

式中

對上式兩端的矢量函數(shù)求散度

并考慮

可見，無源區(qū)中的標量磁位也滿足拉普拉斯方程。在無源區(qū)對

由于對于恒定磁場有，因此為了使線積分保持單值，線積分路徑必須在單連通區(qū)域內(nèi)。 2100433B