计组实验3 mips冒险之流水线冒险
目录
- 前言
- 流水线处理思想
- mips指令之五步走
- 流水线冒险
- 数据冒险
- 调整指令顺序
- 前推
- 控制冒险
- 结构冒险
- 流水线冒险实验
- 实验步骤
- 数据冒险之调整顺序
- forwarding
- 结构冒险之除法器占用
- 实验结果
- 总结于体会
前言
之前都在准备蓝桥杯，天天嗯刷leetcode，故咕了好久 。。。 蓝桥杯总结也咕了
彳亍
今天还是来更一下实验。这次的实验虽然操作简单，但是其背后的思想却值得回味，让我们对流水线处理的理解更进一步。
流水线处理思想
以洗衣服为例，假设我们有三个步骤：
- 浸泡
- 冲洗
- 烘干
同时我们有三台不同的设备（浸泡桶，洗衣机，干衣机）负责上述的三个步骤。
假设今天有很多件衣服要洗，那么一般的思路是这样的，我们按照顺序一步一步处理每一件衣服：
但是这样顺序执行，有一个缺陷，你看 1 时刻我们进行浸泡操作，而直到 4 时刻 才有新的衣服进来，这意味着浸泡桶摸鱼摸了三个时刻。
要尽量地压榨计算性能，就意味着每个时刻不能有器件在摸鱼！（虽然这很不人道但是二极管是这个世界上最纯粹的打工人，并且缺乏把我们吊路灯的风险。我们只管压榨就完事了。。。）
对于每个器件，我们按照步骤顺序，一但其执行完工作，马上塞新工作给它：
你看：对于浸泡桶来说，在整个洗衣服的流程中，从 1 时刻到 3 时刻，它一直在工作。 这是我们希望看到的！
因为一刻不停的忙活，老板开上了法拉利 我们洗三件衣服的时间开销，由 9 个时刻降低为 5 个时刻，这便是流水线思想的威力！
mips指令之五步走
mips指令为了实现并行地流水线结构，严格地将指令拆分为5个抽象的步骤，他们分别是：
- IF
- ID
- EX
- MEM
- WB
下面给表格，解释一下：
| 缩写 | 全称 | 解释 |
|---|---|---|
| IF | instruction fetch | 从内存中取指令 |
| ID | instruction decode | 指令解码 或 读寄存器 |
| EX | execute | 指令执行 |
| MEM | memory | 内存访问操作 |
| WB | write back | 将结果写回寄存器 |
流水线冒险
一条完美的流水线就像上文中图片展示的那样，大家各司其职一刻不停。可是实际上并不是这么回事，因为计算机执行指令，不像洗衣服那般简单，因为洗衣服流水线中，衣服之间没有相互的依赖关系！
指令的执行往往依赖于其之前的指令的执行结果！
因为依赖关系的存在，有时候并不能马上执行一条指令，往往得等到其所有用到的条件（比如数据或者硬件）准备就绪，才能开始 。这种流水线阻塞的现象，称之为冒险。
好
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