MIPS中是否存在执行存储数据危险？

Question

在具有管道和转发功能的MIPS体系结构上：

add $s0, $t1, $t2
sw $s0, 0($sp)

add指令将在步骤3（执行操作）准备好结果，但我假设sw指令希望在步骤2（指令解码）得到结果

David A. Patterson的《计算机组织与设计》一书中有一个已解决的练习：在以下代码段中找到危险并重新排序指令以避免任何管道停滞：

lw  $t1, 0($t0)
lw  $t2, 4($t0)
add $t3, $t1,$t2
sw  $t3, 12($t0)
lw  $t4, 8($01)
add $t5, $t1,$t4
sw  $t5, 16($t0)

解决方案：

lw  $t1, 0($t0)
lw  $t2, 4($t1)
lw  $t4, 8($01)
add $t3, $t1,$t2
sw  $t3, 12($t0)
add $t5, $t1,$t4
sw  $t5, 16($t0)

在解决方案中，它正确识别加载使用危险并相应地重新排列代码，但是否也存在执行存储危险？

Answer 1

让我们考虑一个MIPS，其中转发被激活。我认为在这种情况下不会发生危险：事实上，ADD指令是一个整数操作，在MIPS体系结构中只需要一个时钟周期。查看此图：

ADD $t3,$t1,$t2    IF   ID   EX   MEM   WB
SW  $t3,12($t0)         IF   ID   EX    MEM  WB

正如您所看到的，没有危险发生，因为SW指令在两个时钟周期后存储数据，因为ADD将结果放入$t3。

实际上，在类似的情况下，危险可能会发生，但只有当该单元是多周期单元时（如果它需要一个以上的时钟周期来计算数据）。看看这个例子，其中的ADD。D指令使用需要4个时钟周期才能执行计算的浮点加法器：

ADD.D F2,F4,F5      IF   ID   A0   A1   A2   A3   MEM   WB
S.D   F2,somewhere       IF   ID   EX   X0   X1   X2    MEM    WB

X0和X1是原始暂停，而X2是结构暂停：在前一种情况下，S.D必须等待ADD。D完成；在后者中，MIPS无法在同一时钟周期内两次访问内存，因此会发生结构性暂停。