# CPU 指令流 & 資料流

### 名詞介紹

- Scalar ==純量==，又稱標量，是只有大小沒有方向的量，所以可以用實數表示一個量。

- ALU ==算數邏輯單元==(Arithmetic Logic Unit, ALU)，是中央處理器的執行單元，是所有中央處理器的核心組成部分，由及閘和或閘構成的算數邏輯單元，主要功能是進行二進位的算術運算，如加減乘(不包括整數除法)。基本上，在所有現代CPU體系結構中，二進位都以二補數的形式來表示。

- SISD ==單指令單資料流==(Single instruction, single data) ，每個指令部件每次僅解碼一條指令，而且在執行時僅為操作部件提供一份資料。

- SIMD ==單指令多資料流==(Single Instruction Multiple Data) ，是一種採用一個控制器來處理多個處理器，同時對一組資料（又稱「資料向量」）中的每一個分別執行相同的操作，從而實現空間上的並列性的技術。


- MISD ==多指令流單資料流==(Multiple Instruction stream Single Datastream, MISD)，MISD具有n個處理單元，按n條不同指令的要求對同一資料流及其中間結果進行不同的處理。一個處理單元的輸出又作為另一個處理單元的輸入。

- MIMD ==多指令流多資料流==(Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream)，是使用多個控制器來異步地控制多個處理器，從而實現空間上的並行性的技術。

- SPMD ==單一程式多資料==(Single Program Multiple Data, SPMD)，一個單一程式執行在所有的處理器上。

- AVX ==進階向量延伸==(Advanced Vector Extension, AVX)，支援四個同時的64bit浮點數運作。

- 費林分類法

|資料流 / 指令流| 單指令流 | 多指令流 |
|:-----------:|:---------:|:----------:|
| 單資料流 |單指令單資料流|多指令單資料流|
| 多資料流 |單指令多資料流|多指令多資料流|

### 向量指令

#### 特質:

* 單一向量指令代表了大量的工作，這相等於執行一整個迴圈，指令擷取和解碼頻寬的需求大量地減少。
* 經由使用向量指令，每一項結果的計算都與相同向量中其他的結果計算是獨立的，所以在向量指令中硬體不必檢查數據危障的問題。
* 兩個向量指令之間，硬體之需對每個向量運算元，進行一次數據危障的檢查，而非對向量裡每一個元素。
* 因為一整個迴圈都被預先決定的向量指令所取代，通常由迴圈分支指令引起的控制為障問題是不存在的。