本文借鑒自深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和南京大學(xué)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)，只作為學(xué)習(xí)總結(jié)用。
一 計(jì)算機(jī)基本原理
1.信息就是位+上下文
系統(tǒng)中的所有信息—包括磁盤文件 , 存儲(chǔ)器中的程序 ,存儲(chǔ)器中存放的用戶數(shù)據(jù)， 網(wǎng)絡(luò)上傳送的數(shù)據(jù) 都只是一串bit表示的而已。區(qū)分 不同的數(shù)據(jù)對(duì)象的唯一方法是我們讀到這些數(shù)據(jù)對(duì)象的上下文。在不同的上下文中，同樣的字節(jié)序列可能表示為一個(gè)整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符串或者機(jī)器指令。
只有ASCII字符構(gòu)成的文件稱為文本文件，所有其他文件都稱為二進(jìn)制文件。
2.程序被其他程序翻譯稱不同格式
預(yù)處理器，編譯器，匯編器，鏈接器一起構(gòu)成了 編譯系統(tǒng)(compliation system)
3.馮諾依曼結(jié)構(gòu)的主要思想：
- 計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五個(gè)基本部件組成。
- 各基本部件的功能是：
? 存儲(chǔ)器不僅能存放數(shù)據(jù)，而且也能存放指令，形式上兩者沒有區(qū)別，但計(jì)算機(jī)應(yīng)能區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)還是指令；
? 控制器應(yīng)能自動(dòng)取出指令來執(zhí)行；
? 運(yùn)算器應(yīng)能進(jìn)行加/減/乘/除四種基本算術(shù)運(yùn)算，并且也能進(jìn)行一些邏輯運(yùn)算和附加運(yùn)算；
? 操作人員可以通過輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和主機(jī)進(jìn)行通信。 - 內(nèi)部以二進(jìn)制表示指令和數(shù)據(jù)。每條指令由操作碼和地址碼兩部分組成。操作碼指出操作類型，地址碼指出操作數(shù)的地址。由一串指令組成程序。
- 采用“存儲(chǔ)程序”工作方式。
4.計(jì)算機(jī)如何工作:
用做菜描述執(zhí)行過程：
第一步：從pc上取菜譜，比如5（根據(jù)PC從主存中取指令）
第二步：看菜譜（指令譯碼，分為操作碼和操作數(shù)）
第三步：從架上或盤中取原材料（取操作數(shù)，）
第四步：洗、切、炒等具體操作（指令執(zhí)行）
第五步：裝盤或直接送桌（回寫結(jié)果）
第六步：算出下一菜譜所在架子號(hào)6=5+1（修改PC的值）
繼續(xù)做下一道菜（執(zhí)行下一條指令）
5.重要概念匯總
CPU:由控制器，ALU和一些寄存器組成
ALU:算數(shù)邏輯部件，在ALU操作控制信號(hào)ALUop控制下，可以進(jìn)行各種算數(shù)和邏輯運(yùn)算
控制器：CU，自動(dòng)逐條取出指令并進(jìn)行譯碼的部件
通用寄存器：GPR，通用寄存器可用于傳送和暫存數(shù)據(jù)，也可參與算術(shù)邏輯運(yùn)算，并保存運(yùn)算結(jié)果，組成通用寄存器組GPRS
程序計(jì)數(shù)器：pc,自動(dòng)計(jì)算出下一條指令的地址的地方（存放著計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后的第一條指令的地址，之后不斷自增1）
指令寄存器：IR，從MDR中取指令后臨時(shí)存到IR
標(biāo)志寄存器：ALU運(yùn)算的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生標(biāo)志信息，例如結(jié)果為0（零標(biāo)志ZF）,為負(fù)數(shù)（符號(hào)標(biāo)志位），這些信息存放在標(biāo)志寄存器中
主存儲(chǔ)器（主存）：用于存放指令和數(shù)據(jù)，可以簡(jiǎn)單理解為內(nèi)存加高速緩存 （本文為簡(jiǎn)單起見，后續(xù)會(huì)補(bǔ)充高速緩存相關(guān)知識(shí)）
以下是存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)示意圖：
主要思想就是上一層存儲(chǔ)器作為低一層存儲(chǔ)器的高速緩存，而L1級(jí)別的高速緩存就已經(jīng)跟寄存器速度差距不大了
總線：連接不同部件進(jìn)行信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)稱為總線。而cpu與主存之間存取指令需要介質(zhì)，功能上分為三種：地址，數(shù)據(jù)，控制信息。邏輯上可以分為三條，但實(shí)際上現(xiàn)在總線只有一條就可以完成三條的功能。
主存地址寄存器MAR與主存數(shù)據(jù)寄存器MDR:CPU訪問主存時(shí)，需要將主存地址，讀/寫命令分別送到總線的地址線和控制線，然后通過數(shù)據(jù)線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。CPU送到地址線的主存地址先放到MAR中，發(fā)送或從數(shù)據(jù)線取來的信息存放在MDR中。
指令：用01表示的一串序列，用來指示CPU完成一個(gè)特定的原子操作。例如常用的指令：取數(shù)指令（load）從主存單元中取出數(shù)據(jù)放到GPR中，存數(shù)指令（store）將GPR的內(nèi)容寫入主存單元，加法指令（add）將兩個(gè)GPR中的內(nèi)容相加后送入結(jié)果寄存器（這兩個(gè)中的一個(gè)，根據(jù)指令先后順序決定，匯編部分會(huì)詳細(xì)解釋），傳送指令（mov）將一個(gè)GPR的內(nèi)容送到另一個(gè)GPR。
指令操作碼：指定指令的操作類型，如存取數(shù)，加減，傳送，跳轉(zhuǎn)
地址碼字段：指出指令所處理的操作數(shù)的地址，如寄存器編號(hào)，主存單元編號(hào)
顯然指令的長(zhǎng)度是不一定是定長(zhǎng)的，這也是精簡(jiǎn)指令集和復(fù)雜指令集最直觀的區(qū)別。它們之間具體的區(qū)別如下：
但在具體實(shí)現(xiàn)上，x86為代表的復(fù)雜指令集為了對(duì)指令集的前向兼容是不可以采用精簡(jiǎn)指令集的，考慮到效率的優(yōu)化，會(huì)將自己的指令由CISC翻譯為RISC后執(zhí)行，從軟件開發(fā)人員角度可以不必過于在意兩者的區(qū)別
（二）程序的開發(fā)和運(yùn)行
在此之前補(bǔ)充一下緩沖區(qū)的知識(shí)：
1.緩沖區(qū)
緩沖區(qū)又稱為緩存，它是內(nèi)存空間的一部分。也就是說，在內(nèi)存空間中預(yù)留了一定的存儲(chǔ)空間，這些存儲(chǔ)空間用來緩沖輸入或輸出的數(shù)據(jù)，這部分預(yù)留的空間就叫做緩沖區(qū)。緩沖區(qū)根據(jù)其對(duì)應(yīng)的是輸入設(shè)備還是輸出設(shè)備，分為輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。
（1）為什么要引入緩沖區(qū)？例如，我們從磁盤里取信息，我們先把讀出的數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū)，計(jì)算機(jī)再直接從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，等緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)取完后再去磁盤中讀取，這樣就可以減少磁盤的讀寫次數(shù)，再加上計(jì)算機(jī)對(duì)緩沖區(qū)的操作大大快于對(duì)磁盤的操作，故應(yīng)用緩沖區(qū)可大大提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。又比如，我們使用打印機(jī)打印文檔，由于打印機(jī)的打印速度相對(duì)較慢，我們先把文檔輸出到打印機(jī)相應(yīng)的緩沖區(qū)，打印機(jī)再自行逐步打印，這時(shí)我們的CPU可以處理別的事情。
所以緩沖區(qū)就是一塊內(nèi)存區(qū)，它用在輸入輸出設(shè)備和CPU之間，用來緩存數(shù)據(jù)。它使得低速的輸入輸出設(shè)備和高速的CPU能夠協(xié)調(diào)工作，避免低速的輸入輸出設(shè)備占用CPU，解放出CPU，使其能夠高效率工作。
（2）緩沖區(qū)的類型緩沖區(qū)分為三種類型：全緩沖、行緩沖和不帶緩沖。
- 全緩沖在這種情況下，當(dāng)填滿標(biāo)準(zhǔn)I/O緩存后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。全緩沖的典型代表是對(duì)磁盤文件的讀寫。
- 行緩沖在這種情況下，當(dāng)在輸入和輸出中遇到換行符時(shí)，執(zhí)行真正的I/O操作。這時(shí)，我們輸入的字符先存放在緩沖區(qū)，等按下回車鍵換行時(shí)才進(jìn)行實(shí)際的I/O操作。典型代表是標(biāo)準(zhǔn)輸入(stdin)和標(biāo)準(zhǔn)輸出(stdout)。
- 不帶緩沖也就是不進(jìn)行緩沖，標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)情況stderr是典型代表，這使得出錯(cuò)信息可以直接盡快地顯示出來。
（3）緩沖區(qū)的大小如果我們沒有自己設(shè)置緩沖區(qū)的話，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū)，這個(gè)緩沖區(qū)的大小通常是512個(gè)字節(jié)的大小。緩沖區(qū)大小由 stdio.h 頭文件中的宏 BUFSIZ 定義，如果希望查看它的大小，包含頭文件，直接輸出它的值即可：printf("%d", BUFSIZ);緩沖區(qū)的大小是可以改變的，也可以將文件關(guān)聯(lián)到自定義的緩沖區(qū)，詳情可以查看 setvbuf()和 setbuf() 函數(shù)。
（4）緩沖區(qū)的刷新（清空）下列情況會(huì)引發(fā)緩沖區(qū)的刷新：緩沖區(qū)滿時(shí)；行緩沖區(qū)遇到回車時(shí)；關(guān)閉文件；使用特定函數(shù)刷新緩沖區(qū)。
2.hello,world程序的執(zhí)行過程
在shell命令行輸入"./hello"后，屏幕打印hello,world，現(xiàn)在逐步分解各個(gè)步驟，看看到底其中發(fā)生了什么事。
用戶輸入命令：./指當(dāng)前目錄，hello指定文件名，./hello 字符串是存放在輸入緩沖區(qū)內(nèi)，當(dāng)按下enter后才會(huì)真正執(zhí)行io操作。
shell程序會(huì)把這個(gè)字符串的每個(gè)字符逐個(gè)經(jīng)由總線讀入到寄存器中，然后保存到主存儲(chǔ)器中（圖中紅線標(biāo)記）。在./hello 字符串后是一個(gè)換行符enter時(shí)，shell程序在io操作中獲取到命令后才真正開始執(zhí)行。首先shell將調(diào)出操作系統(tǒng)內(nèi)核中對(duì)應(yīng)的服務(wù)，操作系統(tǒng)內(nèi)核加載完可執(zhí)行文件中的代碼及其所處理的數(shù)據(jù)（這里的數(shù)據(jù)是字符串"hello,world\n"，對(duì)應(yīng)圖示藍(lán)線）后，將hello第一條指令的地址送到程序計(jì)數(shù)器PC中。處理器隨后開始執(zhí)行hello程序，將會(huì)把主存中的字符串"hello,world\n"加載到寄存器中，然后在屏幕上顯示出來（對(duì)應(yīng)綠線）。
由上面可以看出操作系統(tǒng)的重要性，任何用戶的程序都要依靠操作系統(tǒng)的支持才能順利執(zhí)行。
3.高級(jí)編程語言的開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境：
（三）其他重要概念的補(bǔ)充
1.計(jì)算機(jī)抽象層次
2.計(jì)算機(jī)用戶層次
3.計(jì)算機(jī)性能評(píng)估
1.衡量計(jì)算機(jī)性能的兩個(gè)重要指標(biāo)
吞吐率：表示單位時(shí)間內(nèi)完成的工作量
響應(yīng)時(shí)間：表示從作業(yè)提交到作業(yè)完成所花費(fèi)的時(shí)間，
2.CPU的幾個(gè)性能指標(biāo)
時(shí)鐘周期，時(shí)鐘頻率（也稱主頻，是前者倒數(shù)，頻率越高時(shí)鐘周期越短），CPI（表示執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)，對(duì)特定指令是具體數(shù)值，對(duì)程序或機(jī)器是所有指令CPI的平均值）
上述三者是相互制約的，但并不能僅僅通過比較兩臺(tái)計(jì)算機(jī)三項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值來完全斷定孰優(yōu)孰劣。
MIPS指平均每秒執(zhí)行多少百萬條指令。雖然可以絕對(duì)的衡量指令的條數(shù)執(zhí)行快慢，但相同程序在不同機(jī)器上指令條數(shù)千差萬別，所以這也不能作為絕對(duì)的衡量標(biāo)準(zhǔn)。
基準(zhǔn)程序性能評(píng)估是現(xiàn)在最為廣泛采用的一種方式。絕大多數(shù)情況下，一個(gè)優(yōu)秀的基準(zhǔn)程序是能對(duì)機(jī)器的性能做出比較客觀的判斷的。
4.對(duì)于操作系統(tǒng)的一些認(rèn)識(shí)
操作系統(tǒng)兩個(gè)基本功能：
（1）防止硬件被失控的應(yīng)用程序?yàn)E用
（2）向應(yīng)用程序提供簡(jiǎn)單一致的機(jī)制來控制復(fù)雜而又大相徑庭的低級(jí)硬件設(shè)備。
操作系統(tǒng)通過幾個(gè)基本的抽象概念(進(jìn)程， 虛擬存儲(chǔ)器， 文件 ）來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能：
文件：是對(duì)I/O設(shè)備的抽象表示（這部分會(huì)在之后具體講解）
虛擬存儲(chǔ)器：是對(duì)主存和磁盤I/O設(shè)備的抽象表示
進(jìn)程：是對(duì)處理器，主存和I/O設(shè)備的抽象表示。（這部分內(nèi)容較多，單獨(dú)列為一節(jié)）
虛擬內(nèi)存
虛擬內(nèi)存是一個(gè)抽象的概念，它為每個(gè)進(jìn)程提供了一個(gè)假象，即每個(gè)進(jìn)程獨(dú)占地使用主存。
每個(gè)進(jìn)程看到的內(nèi)存都是一致的，稱為虛擬地址空間。
地址空間最上面的區(qū)域?yàn)椴僮飨到y(tǒng)的代碼和數(shù)據(jù)保留的，這對(duì)所有進(jìn)程都是一樣的。
地址空間的底部區(qū)域存放用戶進(jìn)程定義的代碼和數(shù)據(jù)。
程序代碼和數(shù)據(jù)：對(duì)于所有進(jìn)程來說，代碼從一固定地址開始，緊接和C全局變量相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位置。
堆 ：代碼和數(shù)據(jù)區(qū)緊隨著運(yùn)行時(shí)堆。代碼和數(shù)據(jù)區(qū)是在進(jìn)程一開始就被規(guī)定了大小，而堆不一樣，通過調(diào)用malloc和free，堆可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展和收縮。
共享庫：地址空間的中間部分存放C標(biāo)準(zhǔn)庫和數(shù)學(xué)庫這樣共享庫代碼和數(shù)據(jù)的區(qū)域。
棧: 用戶虛擬地址頂部的是用戶棧，編譯器用它來實(shí)現(xiàn)函數(shù)調(diào)用。和堆一樣，在執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)的擴(kuò)展和收縮。每當(dāng)調(diào)用一個(gè)函數(shù)，棧就會(huì)增長(zhǎng)，而函數(shù)返回時(shí)，棧就會(huì)收縮。
內(nèi)核虛擬內(nèi)存： 地址空間頂部區(qū)域是為內(nèi)核保留的。
5.線程與進(jìn)程相關(guān)知識(shí)
進(jìn)程與線程
進(jìn)程是操作系統(tǒng)對(duì)一個(gè)正在運(yùn)行的程序的一種抽象。
進(jìn)程數(shù)都是多于可以運(yùn)行他們的CPU個(gè)數(shù)的。傳統(tǒng)系統(tǒng)在一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)程序，而先進(jìn)的多核處理器能夠執(zhí)行多個(gè)程序，無論實(shí)在單核還是多核系統(tǒng)，一個(gè)CPU看上去都像是在并發(fā)地執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程。
并發(fā)運(yùn)行，是說一個(gè)進(jìn)程的指令和另外一個(gè)進(jìn)程的指令是交錯(cuò)執(zhí)行的。這是通過處理器在進(jìn)程間切換來實(shí)現(xiàn)的。 操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這種交錯(cuò)執(zhí)行的機(jī)制稱為上下文切換
操作系統(tǒng)保持跟蹤進(jìn)程運(yùn)行的所有狀態(tài)信息。這種狀態(tài)，也就是上下文。包含PC和寄存器文件的當(dāng)前值。
在任何一個(gè)時(shí)刻，單處理器系統(tǒng)都只能執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程的代碼。當(dāng)操作系統(tǒng)決定把控制權(quán)從當(dāng)前進(jìn)程轉(zhuǎn)移到新進(jìn)程時(shí)，就會(huì)進(jìn)行上下文切換，即保存當(dāng)前上下文，恢復(fù)新進(jìn)程上下文?？刂茩?quán)傳遞到新進(jìn)程。
進(jìn)程的進(jìn)階概念就是線程
一個(gè)進(jìn)程實(shí)際可以由多個(gè)稱為線程的執(zhí)行單元完成。線程間共享同樣的代碼和全局變量。
由于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對(duì)并行處理的需求，線程成為越來越重要的編程模型。
多線程比多進(jìn)程更容易共享數(shù)據(jù)。
有多處理器的時(shí)候，多線程也是一種使程序更快運(yùn)行的方法。
進(jìn)程和線程的關(guān)系：
一個(gè)進(jìn)程不僅僅可能包含多個(gè)線程，進(jìn)程還包含著：被操作系統(tǒng)分配的資源空間，比如操作系統(tǒng)在內(nèi)存中分配給它的棧，數(shù)據(jù)區(qū)域等。這些資源空間被多個(gè)線程所共享。比如你和朋友們一次聚餐，這就很像一個(gè)進(jìn)程。桌子上那些飯菜就是資源，你們每個(gè)人都是一個(gè)線程，每個(gè)人每次伸手去夾菜就是在使用這個(gè)共享的資源。
并發(fā)(Concurreny)與并行(Parallelism)：
并發(fā) = 小明可以一邊玩手機(jī)一邊看電視。
但是在事實(shí)上，他的眼睛在看電視的時(shí)候不能看手機(jī)，他在看手機(jī)沒法盯著電視屏幕。
他的眼睛飛快在兩個(gè)屏幕上切換。所以實(shí)際上他玩一下手機(jī)，暫停，去看電視，看一下電視，暫停，繼續(xù)玩手機(jī)，循環(huán)下去，給人以他同時(shí)玩手機(jī)和看電視的感覺。
這不是真正意義上的同時(shí)進(jìn)行，但又是客觀存在同時(shí)進(jìn)行兩件事，這叫并發(fā)。所以我們說：
并發(fā) = 小明在玩一下手機(jī)再看一下電視 （不是真正意義上同時(shí)進(jìn)行）
并行 = 小明可以一邊坐公交一邊聽音樂。
這兩件事同時(shí)進(jìn)行互不干擾，做到真正意義的同步同時(shí)進(jìn)行，這叫并行。
并行 = 小明在 “一心兩用”（真正的同時(shí)進(jìn)行）
幾個(gè)重要概念
1.線程級(jí)并發(fā)：
在多核處理器誕生之前，并發(fā)只是通過計(jì)算機(jī)在當(dāng)前執(zhí)行的多個(gè)進(jìn)程間快速切換實(shí)現(xiàn)的，像是一個(gè)雜耍演員在拋接空中的小球一樣。在1967年IBM將這樣的系統(tǒng)開發(fā)出來后稱為單處理系統(tǒng)。工作原理示意：
但在多核處理器誕生并普遍進(jìn)入市場(chǎng)后，有了以下改變：
2.線程級(jí)并行：
雖然IBM實(shí)現(xiàn)了并發(fā)，但這對(duì)CPU而言并不是真正意義上的同時(shí)進(jìn)行，只是讓它的效率更高而已。因此人們期望能同時(shí)處理多個(gè)線程，實(shí)現(xiàn)線程的并行。自從1980年開始，系統(tǒng)開發(fā)人員也就已經(jīng)發(fā)出了多處理系統(tǒng)（Multiprpcessor system），由單一的操作系統(tǒng)核心控制的多進(jìn)程的系統(tǒng)。
與此同時(shí)，CPU的晶體管也遵循摩爾定律高速發(fā)展。但問題是：依舊不能同時(shí)處理多個(gè)線程，僅僅提高單核芯片的速度會(huì)產(chǎn)生過多熱量且無法帶來相應(yīng)的性能改善，也永遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的同時(shí)處理多任務(wù)。還只不過像是是玩雜耍的小球的那個(gè)例子。
芯片大廠英特爾和AMD也都意識(shí)到，當(dāng)主頻接近4GHz時(shí)，速度也會(huì)遇到自己的極限：那就是單靠主頻提升，已經(jīng)無法明顯提升系統(tǒng)整體性能。因此迫切需要一個(gè)能支持同時(shí)處理2個(gè)線程以上的處理器，來提升CPU的瓶頸。需求推動(dòng)了技術(shù)，線程級(jí)并行應(yīng)運(yùn)而生。主要由下面兩種技術(shù)的支撐：
多核技術(shù)：
超線程：
在1960s 通過操作系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了線程級(jí)并發(fā),雖然那個(gè)時(shí)候還沒建立線程的概念。這種方式依賴操作系統(tǒng)，頻繁的上下文切換意味損失了CPU的處理效率。但直到2000年隨著CPU的技術(shù)突破以后，從1960s到2000s年前后花了50多年的時(shí)間，才實(shí)現(xiàn)和更高級(jí)的線程級(jí)并行。
使用了以上技術(shù)，可以在一個(gè)核上運(yùn)行多個(gè)線程，多個(gè)線程共享執(zhí)行單元，從而提高部件的利用率和吞吐量。使用了這樣的技術(shù)的系統(tǒng)稱為多處理系統(tǒng)。
總結(jié)一下線程級(jí)并行的好處：
（1）當(dāng)運(yùn)行多任務(wù)時(shí)，它減少了之前的模擬出來的并發(fā)，那么用戶進(jìn)行多任務(wù)處理時(shí)可以運(yùn)行更多的程序進(jìn)行并發(fā)了。
（2）它可以使單個(gè)程序運(yùn)行更快。（僅當(dāng)該程序有大量線程可以并行處理時(shí)）
3.指令集并行（具體原理之后章節(jié)講解）
指令集的是更低層次的概念，是一種隱式并行。計(jì)算機(jī)處理問題是通過指令實(shí)現(xiàn)的,每個(gè)指令都是交給CPU執(zhí)行。在1978年的 Intel 8086 處理器都只能一次執(zhí)行單指令。直到 Intel首次在486芯片中開始使用一種指令流水線技術(shù)，原理是：當(dāng)指令之間不存在相關(guān)時(shí)，它們?cè)诹魉€中是可以重疊起來并行執(zhí)行。此外還有超標(biāo)量亂序執(zhí)行技術(shù)，分支預(yù)測(cè)技術(shù)。通過以上技術(shù)，使得一個(gè)程序的指令序列多條同時(shí)亂序運(yùn)行，順序提交，可有效提高程序的運(yùn)行速度。
如果一個(gè)處理器在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)能執(zhí)行完一條以上指令，就被稱為超標(biāo)量處理器。
4.數(shù)據(jù)級(jí)并行
數(shù)據(jù)級(jí)并行是一種顯式并行,主要指單指令多數(shù)據(jù)流技術(shù)(SIMD),比如a,b和c都是相同大小的數(shù)組
進(jìn)行的計(jì)算是a的每一個(gè)元素與b的相應(yīng)元素進(jìn)行運(yùn)算,結(jié)果放入c的對(duì)應(yīng)元素中。如果沒有
SIMD,就需要循環(huán)執(zhí)行一條指令多次來完成,而SIMD中一條指令就可以并行地執(zhí)行運(yùn)算。
SIMD指令集可以提供更快的圖像，聲音，視頻數(shù)據(jù)等運(yùn)行速度。
在看一個(gè)更簡(jiǎn)單的例子：
我們考慮下面這個(gè)計(jì)算式子：(a+b)*(c+d)該計(jì)算過程被分解為三步：
- e = a +b
- f = c +d
- m = e * f
要知道：早期的計(jì)算機(jī)一次只能處理一條指令，它要先算步驟1（加法操作），再算步驟2（加法操作），最后算3（乘法操作）。需要三步（花費(fèi)三個(gè)指令）得到答案。但是我們觀察到：3的結(jié)果依賴于1和2，而1和2都單純的加法操作，所以開始想辦法讓1和2同時(shí)計(jì)算，那么CPU只要兩步得到答案，步驟1和2一次算出來的結(jié)果，直接進(jìn)行乘法運(yùn)算。
此時(shí)步驟1和2作為一步，運(yùn)用了SIMD技術(shù)。一個(gè)指令執(zhí)行了(a,b,c,d) 4個(gè)操作數(shù)。
