1. 超标量 (Superscalar)

  • 定义空间并行。一个时钟周期发射多条指令(Multiple Issue)。
  • 硬件要求:多个取指部件、多个 ALU、多端口寄存器堆。
  • CPI:可以小于 1(即 IPC > 1)。

2. 乱序执行 (Out-of-Order Execution, OoO)

  • 核心思想:不按程序顺序执行,谁数据准备好了谁先跑。
  • 组件
    • 保留站 (Reservation Station):等待操作数。
    • 重排序缓冲区 (Reorder Buffer, ROB)按顺序提交结果,确保精确异常。
  • 安全隐喻:乱序执行是微架构攻击的温床。CPU 为了快,会在检查权限之前就推测执行读取内存的操作,虽然最后会回滚,但副作用(Cache 变化)已经发生。

3. 超长指令字 (VLIW)

  • 定义:编译器将多条独立指令打包成一条长指令。
  • 特点:硬件简单,编译器复杂(如 Intel Itanium)。

4. 关联链接

  • 侧信道攻击:通过监测 CPU 的乱序执行行为,推断 AES 密钥。