计算机组成原理——指令流水线

Posted 2020-08-08 懒惰让你止步不前

计算机组成原理——指令流水线

1. 综述

　　为提高CPU利用率，加快执行速度，将指令分为若干个阶段，可并行执行不同指令的不同阶段，从而多个指令可以同时执行。在有效地控制了流水线阻塞的情况下，流水线可大大提高指令执行速度。博客园知识库：CPU流水线的探秘之旅

　　经典的五级流水线：取址、译码/读寄存器、执行/计算有效地址、访问内存（读或写）、结果写回寄存器。链接：史上最经典的5级流水线

　　流水线阻塞的情况有三种（baidu知道）：

　　1. 结构相关：指令重叠执行的过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，发生资源冲突，这时将产生结构相关。解决的办法是增加硬件资源，如解决访存冲突就采用指令Cache和数据Cache分离的哈弗结构。

　　2. 数据相关：当一条指令需要前面某条指令的执行结果，而两者正在并行执行的情况下，将产生数据相关。解决方式：数据重定向，或称为旁路技术。

　　3. 控制相关：有跳转语句、分支指令，或其他改变IP值的指令，将产生控制相关。解决方法：分支预测技术，投机执行，延迟分支。

　　

　　若I1和I2数据相关，如I2需要I1的结果，则I2在其译码阶段被阻塞，直到I1全部完成才恢复流动。