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96SEO 2026-02-19 21:23 9
将指令执行分散在五个周期每个周期只执行一个阶段这样的方法对于效能浪费大
假设五个阶段需要的时间分别为200ps、100ps、200ps、200ps、100ps
现在考虑lw指令后面跟着一条add指令add指令在ID阶段需要lw取出的数据而此时lw还没取出数据这导致了冲突
因此省略流水周期可能导致两条指令抢占同一流水级的硬件部件引发结构冒险
只管查一条指令可以发现流水线没有减少单挑指令的执行时间而是通过增加指令的吞吐率来提高性能即在同一时间处理多条指令的不同阶段实现指令级并行
理想情况下流水线CPI为1IC不变由时钟周期长度决定的吞吐率是评价流水线性能的重要指标
为提高流水线性能可以进一步划分流水级、缩短时钟周期。
在IC和CPI不变的情况下进一步缩短T减少CPU执行时间提高吞吐率提升
任一时刻每个流水级只被一条指令占用用一条数据通路执行5条MIPS指令不会造成结构冒险
但每条指令使用和生成的数据不同为了保留指令各自的数据需要在两个流水级之间插入流水线寄存器以左右两个流水级命名非别为IF/IDID/EXEX/MEMMEN/WB
IF一切指令都要读取将PC4和指令传给IF/IDID一切指令都要译码产生控制信号除j以外均要读取寄存器。
PC4继续传给ID/EXrs和rt的数据、扩展后的立即数也要传给ID/EXEX多选器ALUSrc选择ALU源操作数和rs相加。
ALU结果、Zero标志位、分支目标地址都要传给EX/MEM
MEM从数据存储器中读取数据和ALU运算结果一并传给MEM/WBWB将访存读取的数据写回寄存器为写回rt,需要保存rt地址
因此控制信号也需要从ID级依次传递到EX级、MEM级、WB级。
EX级使用该级的信号ALUSrc和ALUOp后不再使用可以丢弃MEM级同理这就是跨流水级的控制信号传送
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