23、迈向时间最优软件流水的第一步

迈向时间最优软件流水的第一步

在软件开发中，软件流水技术对于提高程序执行效率至关重要。尤其是在处理带有控制流的循环时，如何实现时间最优的软件流水是一个具有挑战性的问题。本文将深入探讨这一问题，从基础概念到具体的依赖模型和软件流水的要求，为实现时间最优软件流水提供理论支持。

1. 研究背景

目前，针对带有控制流的循环，相关的理论研究成果较少。仅有 Uht 和 Schwiegelshohn 等人的研究有所涉及。Uht 证明了对于某些带有控制流的循环，最优执行所需的资源可能会呈指数级增长，但他的研究基于理想化的硬件模型，与软件流水的直接关联性不大。Schwiegelshohn 等人的研究表明，存在一些循环不存在等效的时间最优程序，不过他们缺乏对时间最优软件流水的正式处理。

2. 预备知识

2.1 架构要求

为了使带有控制流的循环的时间最优性有明确的定义，需要对目标机器模型做出一些架构假设：
- 机器能够同时执行多个分支操作（即多路分支）和数据操作。
- 具备根据分支结果提交操作的执行机制（即条件执行）。

以树 VLIW 架构模型为例，它满足上述架构要求。在该架构中，并行的 VLIW 指令（树指令）由二叉决策树表示，能够同时执行 ALU、内存和分支操作。分支单元可以在单个周期内确定分支目标，只有位于分支单元确定的执行路径上的操作才会被提交。

2.2 程序表示

顺序程序可以用控制流图（CFG）表示，其节点为基本的机器操作。当顺序程序被编译器并行化后，会生成并行的树 VLIW 程序。为了便于描述，我们采用扩展顺序表示法来表示并行程序。在这种表示法下，顺序程序和并