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超标量处理器乱序执行架构

共计 30 章节
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01
课程导入
学习目标 · 核心概念 · 整体框架
课程导入学习目标
02
基础知识
指令集架构（ISA）与微架构的区别 · 流水线基础 · 以及超标量
基础知识ISA
03
流水线基础
经典五级流水线 · 流水线冒险（结构 · 数据
流水线基础经典五级流水线
04
超标量取指
多指令取指 · 指令缓存（I-Cache）设计 · 分支预测对取指带宽的影响
超标量取指多指令取指
05
指令译码与重命名
译码宽度 · 寄存器重命名原理 · 重命名映射表（RAT）的实现
指令译码重命名
06
乱序执行核心
保留站（Reservation St… · 统一调度器（Scheduler）的结…
乱序执行核心Reservation
07
指令发射与调度
发射策略（按序发射/乱序发射） · 选择逻辑 · 端口分配与冲突处理
指令发射调度
08
执行单元与功能单元
ALU · 乘法器 · 访存单元等
执行单元功能单元
09
访存指令乱序处理
Load/Store队列 · 内存消歧（Memory Disamb… · 访存依赖预测
访存指令乱序处理Load/Store
10
提交与退休
重排序缓冲（ROB）的作用 · 指令提交（Commit）流程 · 精确异常的实现
提交退休
11
分支预测与恢复
分支目标缓冲（BTB） · 两级自适应预测器 · 误预测恢复机制（Rename/Rol…
分支预测恢复
12
数据流与依赖处理
WAR/WAW依赖消除 · 真依赖（RAW）的转发（Bypass…
数据流依赖处理
13
乱序窗口管理
指令窗口大小 · 调度器容量 · ROB容量对性能的影响
乱序窗口管理指令窗口大小
14
多发射与多线程
同时多线程（SMT）与乱序执行的结合 · 资源分配与共享策略
多发射多线程
15
功耗与复杂度权衡
乱序执行的硬件复杂度 · 功耗开销 · 以及降低复杂度的技术（如分块调度）
功耗复杂度权衡
16
案例实战
经典处理器（如Intel Core · ARM Cortex-A系列）的乱序…
案例实战Intel
17
工具使用
使用gem5模拟器搭建超标量乱序处理… · 配置参数并运行基准测试
工具使用gem5
18
性能分析
IPC · CPI · 加速比等指标
性能分析IPC
19
常见问题
数据冒险处理不当 · 分支预测失效 · 访存依赖误判等典型问题及调试方法
常见问题数据冒险处理不当
20
优化方法
调度器优化 · 重命名优化 · 分支预测器调优
优化方法调度器优化
21
高级主题
事务内存（TM） · 投机执行 · 以及乱序执行在GPU和专用加速器中的…
高级主题TM
22
多核与一致性
乱序执行对缓存一致性协议（如MESI… · 以及内存一致性模型
多核一致性
23
安全与侧信道
Spectre/Meltdown攻击… · 乱序执行的安全隐患及缓解措施
安全侧信道
24
设计权衡
乱序执行与顺序执行 · VLIW的对比 · 以及不同应用场景下的选择
设计权衡乱序执行
25
综合实战
设计一个简化乱序执行处理器（如RIS… · 实现基本功能并验证正确性
综合实战RIS
26
性能调优实战
使用性能分析工具（如perf）对乱序…
性能调优实战perf
27
前沿趋势
异构计算 · 近阈值电压 · 以及乱序执行在量子计算模拟中的潜在应…
前沿趋势异构计算
28
复习与总结
核心知识点回顾 · 常见考点梳理 · 以及学习路径建议
复习核心知识点回顾
29
项目答辩
学员展示乱序处理器设计或优化项目 · 进行互评与讨论
项目答辩学员展示乱序处理…
30
综合提升
结合AI加速器 · 边缘计算等场景 · 探讨乱序执行架构的未来发展方向
综合提升AI