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流水线技术
流水线基础概念
• 指令的执行过程是，对每一条指令做取指令，分析指令，执行指令。
• 取指–移码–执行–访存–写回
• 流水执行是，取指令时间上一条指令的执行阶段，执行指令阶段可能是下一条指令的取指令阶段。
• 抽象概念：把一个重复过程分为若干个子过程，每个子部件由专门的部件实现。多个处理过程在时间上错开错开，依次通过各个部件。
• 流水的段：每个子过程。
• 流水的深度：子过程的个数。例如： 入-取指令-指令译码-执行-存结果-出–》浮点加法：入-求阶差-对阶-尾数相加-规格化-出
• 流水时间是每一个段时间的总和，需要注意的是通过一个段的时间最长的段为流水线设计的瓶颈。流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞、断流。时间长的段将成为流水线的瓶颈
• 时空图：从时间和空间两个方面来描述指令流水执行
• 流水线的性能指标–吞吐率。即单位时间内完成任务的数量或者输出结果的数 量。
相关
• 数据相关
• 名相关
○ 输出相关–写写操作
○ 反相关–先读后写，读的名和写的名一致
• 控制相关
每条指令访问读写的寄存器称为名
输出相关–写写操作，两条指令的
反相关—先读后写，读的名和写的名一致
换名技术
流水线冒险（冲突）
1. 结构冒险–硬件不支持多条指令在同一时间周期执行–重复，细分部件
2. 数据冒险–一条指令需要等待另外一条指令完成而造成流水线暂停。（所以设计的段的时候时间应尽量保持一致–前推旁路–写后读冲突–在写入i之前，j先读取，会造成读取错误。
为避免数据等待的问题，在每个段之间设计了一个缓冲寄存器（也叫锁存器）
3.控制冒险 （分支冒险）–决策依赖于另外一条指令的结果，但其他指令正在执行当中。
