机器周期的设置
流水线每一个功能段部件后面都要有一个缓冲寄存器，或称为锁存器，其作用是保存本流水段的执行结果，提供给下一流水段使用。
注意
- 为方便流水线的设计，将每个阶段的耗时取成一样，以最长耗时为准。即此处应将机器周期设置为100ns。
- 理想情况下，每个机器周期（功能段）只消耗一个时钟周期。
步骤
①IF取指
②ID译码&取数
③EX 执行
④M访存
⑤WB写回寄存器
考试中常见的五类指令：
运算类指令、LOAD指令、STORE指令、条件转移指令、无条件转移指令
下面我们对这五个指令进行介绍
常见的五类指令
运算类指令的执行过程
运算类指令
- IF：根据PC从指令Cache取指令至IF段的锁存器
- ID：取出操作数至ID段锁存器
- EX：运算，将结果存入EX段锁存器
- M：空段
- WB：将运算结果写回指定寄存器
举例：
注意：
- Rs指源操作数（source）
- Rd指目的操作数（destination）
LOAD指令的执行过程
LOAD指令
- IF：根据PC从指令Cache取指令至IF段的锁存器
- ID：将基址寄存器的值放到锁存器A，将偏移量的值放到Imm
- EX：运算，得到有效地址
- M：从数据Cache中取数并放入锁存器
- WB：将取出的数写回寄存器
举例：
注意：
通常，RISC处理器只有“取数LOAD”和“存数STORE”指令才能访问主存
STORE指令的执行过程
STORE指令
- IF：根据PC从指令Cache取指令至IF段的锁存器
- ID：将基址寄存器的值放到锁存器A，将偏移量的值放到Imm。将要存的数放到B
- EX：运算，得到有效地址。并将锁存器B的内容放到锁存器 Store。
- M：写入数据Cache
- WB：空段
举例
条件转移指令的执行过程
条件转移指令（转移类指令常采用相对寻址）
- IF：根据PC从指令Cache取指令至IF段的锁存器
- ID：进行比较的两个数放入锁存器A、B；偏移量放入 Imm
- EX：运算，比较两个数
- M：将目标PC值写回PC（左图没画全）
- WB：空段
举例：
注意：
注：通常在IF段结束止之后PC就会自动 +“1”
无条件转移指令的执行过程
无条件转移指令（转移类指令常采用相对寻址）
- IF：根据PC从指令Cache取指令至IF段的锁存器
- ID：偏移量放入 Imm
- EX：将目标PC值写回PC（左图没画全）
- M：空段
- WB：空段
举例
例题
例题.假设某指令流水线采用“按序发射，按序完成”方式，没有采用转发技术处理数据相关，并且同一寄存器的读和写操作不能在同一个时钟周期内进行。若高级语言程序中某赋值语句为x=a+b，x、a和b均为int型变量，它们的存储单元地址分别表示为[x]、[a]和[b]。该语句对应的指令序列及其在指令流中的执行过程如下图所示。
则这4条指令执行过程中I3的ID段和I4的IF段被阻塞的原因各是什么？
解答
I3与I1和I2存在数据相关； I4的IF段必须在I3进入ID段后才能开始，否则会覆盖IF段锁存器的内容 • 1 • 2 • 3
收获
只有上一条指令进入ID段后，下一条指令才能开始IF段，否则会覆盖IF段锁存器的内容
