27、超标量机器原理解析

超标量机器原理解析

1. 乘法运算

• 无符号乘法 ：逻辑单元会在两个条件下准备四个被乘数。一是每个被乘数进行零扩展，二是每个启用的被乘数根据乘数中的位位置向左适当移位。有趣的是，同一棵树可以在一个时钟周期内处理四位有符号乘法。此时，所有移位后的被乘数应进行符号扩展，并且乘数中的符号位表示在概念上应将被乘数的二进制补码输入到六位的进位保存加法器（CSA）中。一个32位的乘法树有30个级联的CSA，最后一级有一个33位的进位传递加法器（CPA）。
• 浮点乘法 ：除了加法器和临时寄存器外，也可以使用相同的乘法树。该树的数据路径可达64位，以支持单精度、双精度和扩展精度。许多操作是并行进行的，具体步骤如下：
  1. 将两个带偏置的指数相加，并从结果中减去一个偏置。
  2. 同时，将两个无符号有效数字相乘。
  3. 最后，对乘积进行归一化处理，并相应地调整带偏置的指数。

2. 除法运算

• 整数除法 ：某些机器（如Alpha和CDC6600）不支持固定的除法指令。在这类机器上，程序员必须先将整数转换为浮点数，执行浮点除法，然后再将商转换回整数。不过，我们可以设计一个使用门电路和触发器硬连线的固定除法单元。该单元采用循环结构，每次完成循环时，减法和移位操作在一个时钟周期内完成。
• 浮点除法 ：固定除法单元与处理指数运算的逻辑一起使用，因此除法时间是固定的。例如，在奔腾处