为什么要指令重排序?

一、提高执行效率

指令重排序是指在现代处理器中，为了提高程序执行速度，处理器会根据指令之间的依赖关系和资源情况，重新安排指令的执行顺序。通过重新排序指令，处理器可以充分利用多个执行单元并发执行指令，从而提高程序的执行效率。例如，处理器可以将无依赖关系的指令并行执行，减少指令的等待时间，加快程序的执行速度。

二、优化资源利用

指令重排序可以优化处理器内部资源的利用，如运算单元、缓存和寄存器等。处理器在执行指令时，可能会因为资源冲突或依赖关系而产生空闲周期。通过重新排序指令，处理器可以减少资源的空闲时间，提高资源的利用率。例如，将不同指令的执行时间错开，使得多个资源可以同时被利用，从而提高处理器的整体性能。

三、解决数据依赖性

在程序中，有些指令之间存在数据依赖性，即后面的指令需要依赖前面指令的计算结果。如果处理器按照程序顺序执行指令，可能会导致等待前面指令计算完成，造成性能瓶颈。指令重排序可以通过改变指令的执行顺序，将不相关的指令并行执行，减少数据依赖性的影响，从而加快程序的执行速度。

四、改善流水线效率

现代处理器采用了流水线技术，将指令的执行过程划分为多个阶段，并行执行不同阶段的指令。然而，由于指令之间的依赖关系和冲突，可能导致流水线停顿和冒险，影响流水线的效率。指令重排序可以优化指令的执行顺序，减少流水线的停顿和冒险，从而提高流水线的效率，加快指令的处理速度。

五、处理指令冲突

在处理器中，有些指令之间存在冲突，例如资源冲突、结构冲突和控制冲突等。这些冲突可能导致指令的执行顺序受到限制，影响程序的执行效率。通过指令重排序，处理器可以调整指令的执行顺序，解决指令冲突，提高程序的并行性和执行效率。

六、优化指令调度

指令重排序可以优化指令的调度顺序，将执行时间较长的指令放到其他指令之间执行，从而减少整个程序的执行时间，提高程序的运行效率。处理器的指令调度单元可以根据指令的资源需求和依赖关系，合理地安排指令的执行顺序，从而最大程度地发挥处理器的性能。

七、减少空闲单元

在处理器中，如果指令之间存在等待或空闲的情况，会导致处理器资源的浪费。指令重排序可以减少处理器中的空闲单元，提高处理器的利用率，加快程序的执行速度。通过重新安排指令的执行顺序，处理器可以充分利用各个执行单元，使得处理器处于高效工作状态，从而提高指令的执行效率。

八、增加并行性

指令重排序可以增加指令级的并行性，使处理器能够同时执行多条指令，提高系统的整体性能和响应速度。通过指令重排序，处理器可以将指令划分为多个并发执行的子序列，从而充分发挥处理器的计算能力，加快程序的执行速度。

延伸阅读

指令重排序主的目的