1. 为什么需要超标量

因为采用超标量技术可以极大的提高处理器处理程序的速度。要加快处理器处理程序的速度，有3种方法：

1. 减少程序的代码量
2. 减少每条指令在处理器中执行所需要的周期数(超标量: 一个周期可以同时执行多条指令), 或者减少指令的执行周期数。
3. 减少处理器的周期时间(提高处理器的频率)

2. 常见的5级流水

取值：使用PC寄存器的值作为地址，从I-Cache中取出指令，并将指令存储到指令寄存器中。
译码：将指令进行解码，并根据解码的值来读取寄存器堆
执行：根据指令的类型，完成计算任务。例如对算术指令完成算术运算，对访存指令完成地址的计算。
访存：访问D-Cache, 只对访问存储器类型的指令起作用(load/store)
写回：如果指令存在目的寄存器，将结果写回最终的目的寄存器

3. 指令间的相关性

write after read(WAR), 先读后写，假相关性，可以用重命名解决。
Write after write(WAW), 写后写，假相关性，可以用重命名解决。
Read after write(RAW), 先写后读，具有真相关性，用重命名的办法解决不了。

4. 乱序执行的流水线

1. Fetch(取指令): 主要从I-cache中取指和分支预测。
2. Decode(解码): 主要用来译码出指令的类型，源寄存器和目的寄存器。指令类型用来将指令发送到不同的执行单元，源寄存器用来从register file中读取源操作数。目的寄存器用来写回执行结果
3. Rename(重命名): 用于解决WAW和WAR的相关性问题，提高处理器的处理速度
4. Dispatch(分发) : 在这个阶段，被重命名之后的指令会被写到发射队列(issue queue), 重排序缓存(ROB)和store buffer中。分发阶段可以和寄存器重命名阶段放在一起，也可以将这一部分单独使用一个stage.
5. Issue(发射): 在这个阶段，仲裁电路会从issue queue中挑选出合适的指令发送到FU中执行，可以顺序发射，也可以乱序发射。在发射队列中还存在唤醒电路，它可以将发射队列中对应的源操作数置为有效的状态。
6. Register FIle Read(读取寄存器):被仲裁得到的指令可以从PRF中得到源操作数，也可以从旁路网路中得到操作数。
7. Execute(执行)：对数据进行算术或者逻辑运算， load/store指令进行地址计算，访存。
8. Write back(写回): 这个阶段会将FU计算的结果写回到物理寄存器堆中，同时还需要通过旁路网路将计算结果送到各个执行单元的输入端。
9. Commit(提交): 在ROB中，只有一条指令前面所有的指令都执行完了，才能从ROB中离开。

小结

超标量处理器可以在一个周期内执行多条指令，提高了处理器的处理速度，由于有相关性的问题，自然也引入了重命名的方法。