408第二季 - 组成原理 - 流水线

闲聊

流水线五阶段

缩写也得记得

然后流水线长这个样子

然后这里是5级流水线

比如执行2条指令就是  5*t + （2-1）t  = 6t，对照图一看，是这样的

流水段寄存器

比如说下面的这个图片

ID在译码，IF在干什么，在取值，这样就很麻烦了

看这个图，你通过IF取指完后给到IR，后面继续执行ID和IF，他们是同时运行的，很有可能下面的IF取值完后覆盖了IR，然后ID取的是下面IF取得的指令，

所以整了个流水段寄存器，比如这里取完指令后放入流水段寄存器和IR，然后在通过流水段寄存器给到译码，不用担心被覆盖

题目

1

选最大的然后+20的寄存器延时 

d

流水线的冒险与处理

表格很重要

ALU是计算类指令 内存阶段啥也没干

取/存是访存指令 EX是算有效地址，MEM是芳村，最后是写回寄存器

以前的我们

在指令里找内存的地址里的数据

然后我们学的流水线这里就变捞了

通过地址到内存里取出来放入寄存器

转移是转移指令

转移目的地址到PC

结构冒险

解释一下

这里IF取值是要访问内存的，然后MEM也是要访问内存的，所以冲突了，这就是结构冒险，LOAD和ALU尼玛的犯病

那第五列是怎么回事呢

第五列的MEM和IF可以看成计算类指令，所以没事

因为有结构冒险，所以指令cache和数据cache会分开

d

数据冒险

看个例子

I1阶段：这里的WB这个阶段才会写回到R1

I2阶段：这里R1是ID读寄存器这个阶段才行

然后还没读呢，就写

所以这是流水线带来的问题，如果不是流水线那一定是线写后读的，比如下图

解决方法

硬件堵塞这里就是往后推迟而已

当然也可以这样堵塞（下面）

然后是nop空操作

可以看见中间3条指令啥也不做，就这个意思

第二种解决方法

这个很牛逼啊，EX这个阶段不是给你计算好了吗，后面就要存了

很显然这里就是别存了，直接把运算结果给到第二个就行，ID就不需要等WB的存了，直接上手用

第三个解决方法

这里是变成load看注意

然后就是load指令不是EX指令结束后就有的，而是在访存完之后的MEM才有的，所以要像获得load指令访存完的东西，你得在MEM后面

所以，这里必须先延迟加转发往后移一下，保证在MEM后面，最后再把MEM给到EX进行执行操作

控制冒险

也就是说

比如第一段是if语句，那么下面的就不用执行，但他是流水线。。。

所以要尽早转移目标地址

然后来看一下神秘语言

b是分支语言，ne是！=

branch not equal

EX和MEM，MEM这里要送目的地址到PC，所以只有IF在MEM后面才能取值

所以看图

题目

1

这里会触发转发（旁路）技术，因为I1和I2 都要取或写s2

然后第三条即会用到s2，也会用到s3

、

所以这里的ID正常会在WB之后

但这里依旧可以用转发（旁路）技术，但注意，因为上一步是load，所以用load-use方法来做

然后因为I3是转移指令，你得在EX之后算出转移的地址，然后在MEM送目的地址到PC后，才能继续取指

然后可以看见打×的是堵塞的情况

所以只有i3和i4

c

2

R5这里又当又立，I2和I3中的R5要先写后读，所以会数据冒险，先读后写入肯定不会

所以b

3

从之前讲的nop空操作可知

你得间隔3条才不会有数据冒险

A i1和i3 间隔1条 有数据冒险

B i2和i3 s3 写后读 有

C 没有

D s2写后读 有

c