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提升CPU性能的黑科技

多发射与超标量

现在我们的CPU仍然只能在一个时钟周期内执行一条指令。如下图

如何让CPU一个时钟周期内执行多条指令？（如何让上图变成下图）

其实我们可以模仿乱序执行，将取指令和指令译码的电路增加，这样我们可以一次性从内存里取出多条指令，分发给多个指令译码器，然后交给不同的ALU去处理，这样在同一时钟周期里，就可以实现多条指令并行。这样的设计就是多发射和超标量。

多发射：同一时间会把多条指令发射到后序的处理流水线中

超标量：有很多条流水线，而不是一条流水线

之前我们为了提升CPU的性能，都是想着在同一个时钟周期内，增加执行指令的数量来达到目的。本质上都是一种指令级并行（IPL）的技术方案。

我们可以再往宏观了看，是否可以通过控制线程来提升CPU的性能？就是我们要说的超线程技术。

首先我们要区别的是，多个物理CPU核心运行不同的程序或者单个CPU核心切换运行不同的程序，它们本质上，在同一时间点，一个CPU核心只能运行一个线程的指令。所以它们并没有做到真正的指令并行。

与上述不同的是，超线程，是线程A的指令，在流水线里“停顿”的时候，把资源给到线程B，去执行线程B。（线程A和B里边的指令没有相互依赖）这样就实现了线程A和B同时运行！（这里虽然线程A停顿了，但它本质上是在运行着的！）

不过要实现超线程，我们要在CPU核心增加很多电路，会有双份的PC寄存器、指令寄存器、条件码寄存器。但是，无论是指令译码器还是ALU一个CPU核心仍然只有一个。

如果我们想让一个数组里的值，分别都加一。我们可以通过循环来一个一个的加一。

这种通过循环来一个一个的处理，就是单指令多数据。如果有一个多核CPU，他同时处理多个指令，就是多指令多数据。

而单指令多数据流，是一个指令执行，从内存读取数据时，一次性读取多个数据。多个数据同时进行计算。（这些数据没有相互依赖）对于存在大量的数据并行的计算，我们用单指令多数据就可以大大增加CPU运算能力，通常用在图片、视频、音频的处理。