使用流水线理解MIPS程序集

Question

对于MIPS架构的标准5级管道，并假设一些指令相互依赖，如何将管道气泡插入到以下汇编代码中？

I1: lw   $1, 0($0)
I2: lw   $2, 4($0)
I3: add  $3, $1, $2      ; I1 & I2 -> I3
I4: sw   $3, 12($0)      ; I3 -> I4
I5: lw   $4, 8($0)
I6: add  $5, $1, $4      ; I1 & I5 -> I6
I7: sw   $5, 16($0)      ; I6 -> I7

首先我们插入一个气泡，我们

I1:  IF   ID   EX   MEM   WB 
I2:       IF   ID   EX    MEM
I3:            IF   ID    --
I4:                 IF    ID

如您所见，当I3暂停时，I4可以继续解码。对不对？下一个

I1:  IF   ID   EX   MEM   WB 
I2:       IF   ID   EX    MEM   WB
I3:            IF   ID    --    EX   MEM  WB
I4:                 IF    ID    --   --   EX   MEM   WB
I5:                       IF    ID   EX   MEM  WB 
I6:                             IF   ID   --   EX    MEM   WB
I7:                                  IF   ID   --    --    EX   MEM   WB

我认为这在MIPS的标准管道中是可能的，但有人说，每当插入气泡时，整个管道都会停顿。如何才能解决这个问题？

Answer 1

在你之前的问题中，你使用了帕特森的书，所以让我借用其中一个图表：

这里最重要的一点是危险检测单元，它导致了气泡。如果您阅读了随附的文本，您就会知道它执行此操作的方法是

• 不输出控制信号，
• 暂停IF（保持IF/ID缓冲区固定，不推进PC）

这意味着您的管道图不能像这样发生。不会有新指令进入每个周期。还需要考虑的是，如果您有不同的代码，您可以安排硬件危险的发生，正如Jester所描述的那样。所以这显然很糟糕，如果出现这种情况，解决方案就会停滞。

这就是会发生的事情：

I1:  IF   ID   EX   MEM   WB 
I2:       IF   ID   EX    MEM   WB
I3:            IF   ID    --    --    --
I3:                 IF    ID    --    --    --
I3:                       IF    ID    EX    MEM   WB
I4:                             IF    ID    --    --    --

等