并行系统中的处理器
在 80 年代，一种称为Transputer的专用处理器很流行用于制造多计算机。晶片机由一个核心处理器、一个小型 SRAM 存储器、一个 DRAM 主存储器接口和四个通信通道组成，全部位于单个芯片上。为了进行并行计算机通信，通道被连接起来形成晶片机网络。但其计算能力不足，无法满足并行应用日益增长的需求。RISC处理器的发展解决了这个问题，而且价格便宜。
现代并行计算机使用的微处理器在多个级别上使用并行性，例如指令级并行性和数据级并行性。
高性能处理器
RISC 和 RISCy 处理器主导着当今的并行计算机市场。
传统 RISC 的特点是 -
- 寻址模式很少。
- 具有固定的指令格式，通常为 32 或 64 位。
- 具有专用的加载/存储指令，用于将数据从内存加载到寄存器以及将数据从寄存器存储到内存。
- 算术运算始终在寄存器上执行。
- 使用管道。
如今大多数微处理器都是超标量的，即在并行计算机中使用多个指令流水线。因此，超标量处理器可以同时执行多条指令。超标量处理器的有效性取决于应用程序中可用的指令级并行性 (ILP) 的数量。为了保持管道被填满，硬件级的指令以与程序顺序不同的顺序执行。
许多现代微处理器使用超级流水线方法。在超级流水线中，为了提高时钟频率，减少了流水线级内完成的工作并增加了流水线级的数量。
超大指令字 (VLIW) 处理器
这些源自水平微编程和超标量处理。VLIW 处理器中的指令非常大。单个指令内的操作并行执行，并转发到适当的功能单元执行。因此，在获取 VLIW 指令后，对其操作进行解码。然后，操作被分派到并行执行的功能单元。
矢量处理器
矢量处理器是通用微处理器的协处理器。向量处理器通常是寄存器-寄存器或存储器-存储器。向量指令被取出并解码，然后对操作数向量的每个元素执行特定的操作，而在普通处理器中，向量运算需要代码中的循环结构。为了提高效率，向量处理器将多个向量运算链接在一起，即将一个向量运算的结果作为操作数转发给另一个向量运算。
缓存
高速缓存是高性能微处理器的重要元素。每18个月后，微处理器的速度就会增加两倍，但用于主存的DRAM芯片却无法与这个速度竞争。因此，引入高速缓存来弥合处理器和内存之间的速度差距。高速缓存是一种快速且小型的 SRAM 存储器。现代处理器中应用了更多的缓存，例如转换后备缓冲区 (TLB) 缓存、指令和数据缓存等。
直接映射缓存
在直接映射高速缓存中，“模”函数用于将主存储器中的地址一对一映射到高速缓存位置。由于同一个缓存条目可以有多个主存块映射到它，因此处理器必须能够确定缓存中的数据块是否是实际需要的数据块。这种识别是通过将标签与缓存块一起存储来完成的。
全关联缓存
完全关联映射允许将缓存块放置在缓存中的任何位置。通过使用某种替换策略，高速缓存确定在其中存储高速缓存块的高速缓存条目。全关联缓存具有灵活的映射，最大限度地减少缓存条目冲突的数量。由于完全关联的实现成本高昂，因此从未大规模使用。
组关联缓存
集合关联映射是直接映射和完全关联映射的组合。在这种情况下，缓存条目被细分为缓存集。与直接映射一样，内存块到高速缓存中的集合有固定的映射。但在高速缓存组内部，内存块以完全关联的方式映射。
缓存策略
除了映射机制之外，缓存还需要一系列策略来指定在某些事件的情况下应该发生什么。在（设置）关联高速缓存的情况下，高速缓存必须确定哪个高速缓存块将被进入高速缓存的新块替换。
一些著名的替代策略是 -
- 先进先出 (FIFO)
- 最近最少使用 (LRU)