冒险和预测（二）

• • 1. NOP 操作和指令对齐
  • 2. 操作数前推
  • 参考

1. NOP 操作和指令对齐

MIPS 体系结构下的 R、I、J 三类指令：

五级流水线“取指令（IF）— 指令译码（ID）— 指令执行（EX）— 内存访问（MEM）— 数据写回（WB）”：

在 MIPS 的体系结构下，不同类型的指令，会在流水线的不同阶段进行不同的操作。

有些指令没有对应的流水线阶段，但是我们并不能跳过对应的阶段直接执行下一个阶段。。不然，如果我们先后执行一条 LOAD 指令和一条 ADD 指令，就会发生 LOAD 指令的 WB 阶段和 ADD 指令的 WB 阶段，在同一个时钟周期发生。

所以，各个指令不需要的阶段并不会直接跳过，而是会运行一次 NOP 操作。通过插入一次 NOP 操作，后一条指令的每一个 Stage 一定不会和前一条指令的同 Stage 在一个时钟周期执行。

2. 操作数前推

操作数前推（Operand Forward），又名操作数旁路（Operand Bypassing），操作数转发。

转发（逻辑含义）：在第 1 条指令的执行结果，直接“转发”给了第 2 条指令的 ALU 作为输出。

旁路（物理含义）：在 CPU 的硬件里面，需要单独拉一根信号传输的线路出来，使得 ALU 的计算结果能够重新回到 ALU 的输出里来。这样一条线路就称为“旁路”。它越过（Bypass）了写入寄存器，再从寄存器读出的过程，也为我们节省了 2 个时钟周期。

参考

极客时间《深入浅出计算机组成原理》