為什么要指令重排序?

一、提高執(zhí)行效率

指令重排序是指在現(xiàn)代處理器中，為了提高程序執(zhí)行速度，處理器會根據(jù)指令之間的依賴關(guān)系和資源情況，重新安排指令的執(zhí)行順序。通過重新排序指令，處理器可以充分利用多個(gè)執(zhí)行單元并發(fā)執(zhí)行指令，從而提高程序的執(zhí)行效率。例如，處理器可以將無依賴關(guān)系的指令并行執(zhí)行，減少指令的等待時(shí)間，加快程序的執(zhí)行速度。

二、優(yōu)化資源利用

指令重排序可以優(yōu)化處理器內(nèi)部資源的利用，如運(yùn)算單元、緩存和寄存器等。處理器在執(zhí)行指令時(shí)，可能會因?yàn)橘Y源沖突或依賴關(guān)系而產(chǎn)生空閑周期。通過重新排序指令，處理器可以減少資源的空閑時(shí)間，提高資源的利用率。例如，將不同指令的執(zhí)行時(shí)間錯(cuò)開，使得多個(gè)資源可以同時(shí)被利用，從而提高處理器的整體性能。

三、解決數(shù)據(jù)依賴性

在程序中，有些指令之間存在數(shù)據(jù)依賴性，即后面的指令需要依賴前面指令的計(jì)算結(jié)果。如果處理器按照程序順序執(zhí)行指令，可能會導(dǎo)致等待前面指令計(jì)算完成，造成性能瓶頸。指令重排序可以通過改變指令的執(zhí)行順序，將不相關(guān)的指令并行執(zhí)行，減少數(shù)據(jù)依賴性的影響，從而加快程序的執(zhí)行速度。

四、改善流水線效率

現(xiàn)代處理器采用了流水線技術(shù)，將指令的執(zhí)行過程劃分為多個(gè)階段，并行執(zhí)行不同階段的指令。然而，由于指令之間的依賴關(guān)系和沖突，可能導(dǎo)致流水線停頓和冒險(xiǎn)，影響流水線的效率。指令重排序可以優(yōu)化指令的執(zhí)行順序，減少流水線的停頓和冒險(xiǎn)，從而提高流水線的效率，加快指令的處理速度。

五、處理指令沖突

在處理器中，有些指令之間存在沖突，例如資源沖突、結(jié)構(gòu)沖突和控制沖突等。這些沖突可能導(dǎo)致指令的執(zhí)行順序受到限制，影響程序的執(zhí)行效率。通過指令重排序，處理器可以調(diào)整指令的執(zhí)行順序，解決指令沖突，提高程序的并行性和執(zhí)行效率。

六、優(yōu)化指令調(diào)度

指令重排序可以優(yōu)化指令的調(diào)度順序，將執(zhí)行時(shí)間較長的指令放到其他指令之間執(zhí)行，從而減少整個(gè)程序的執(zhí)行時(shí)間，提高程序的運(yùn)行效率。處理器的指令調(diào)度單元可以根據(jù)指令的資源需求和依賴關(guān)系，合理地安排指令的執(zhí)行順序，從而最大程度地發(fā)揮處理器的性能。

七、減少空閑單元

在處理器中，如果指令之間存在等待或空閑的情況，會導(dǎo)致處理器資源的浪費(fèi)。指令重排序可以減少處理器中的空閑單元，提高處理器的利用率，加快程序的執(zhí)行速度。通過重新安排指令的執(zhí)行順序，處理器可以充分利用各個(gè)執(zhí)行單元，使得處理器處于高效工作狀態(tài)，從而提高指令的執(zhí)行效率。

八、增加并行性

指令重排序可以增加指令級的并行性，使處理器能夠同時(shí)執(zhí)行多條指令，提高系統(tǒng)的整體性能和響應(yīng)速度。通過指令重排序，處理器可以將指令劃分為多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的子序列，從而充分發(fā)揮處理器的計(jì)算能力，加快程序的執(zhí)行速度。

延伸閱讀

指令重排序主的目的