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数据冒险、控制冒险、结构冒险

计算机组成原理
数据冒险、控制冒险、结构冒险
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对所有用户(所有程序员)可见:PSW、PC、通用寄存器

  • PSW(条件转移需要用到,程序员使用CMP指令的时候也需要用到所以是对用户可见)
  • PC(跳转指令需要使用PC+n ,所以对用户可见)
  • 通用寄存器(程序员写指令可以使用到通用寄存器R)
    • 通用寄存器:包括(数据寄存器、地址指针寄存器、变址寄存器)

对所有用户(所有程序员)透明:MAR,MDR,IR,Cache, 微程序结构和功能,控制存储器,锁存器/暂存器

  • (这些都是辅助CPU工作,所以是透明的)
  • 微指令寄存器属于微程序控制器的组成部分,它是硬件设计者的任务。
  • 控制存储器:存放微指令即控制信号
  • 锁存器/暂存器:流水线间存储数据
  • MAR:存储器地址寄存器
  • MDR:存储器数据寄存器

1.结构冒险

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结构冒险=结构冲突=资源冲突

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load指令是取数指令;Store指令是存数指令

运算类指令

算术运算指令

  1. 加法指令
    • 用于实现两个操作数的相加操作。例如在 RISC-V 指令集中有add指令,它可以将两个寄存器中的值相加,并将结果存放在一个寄存器中。
    • 格式可能为add rd, rs1, rs2,其中rd是目的寄存器,用于存放结果,rs1rs2是源寄存器,提供操作数。
  2. 减法指令
    • 实现两个操作数的相减操作。如sub指令,它从rs1寄存器的值中减去rs2寄存器的值,并将结果存放在rd寄存器中。
  3. 乘法指令
    • 完成两个操作数的乘法运算。不同的指令集可能有不同的乘法指令形式。例如,有些指令集可能有mul指令用于无符号数乘法,imul指令用于有符号数乘法等。
  4. 除法指令
    • 用于执行除法操作。像div指令用于无符号数除法,idiv指令用于有符号数除法。在执行除法指令时,通常会涉及到商和余数的处理。

逻辑运算指令

  1. 与指令
    • 实现按位与操作。例如and指令,它对rs1rs2寄存器中的对应位进行与操作,并将结果存放在rd寄存器中。
  2. 或指令
    • 执行按位或操作。如or指令,将rs1rs2寄存器中的对应位进行或操作,结果存于rd寄存器。
  3. 非指令
    • 也叫取反指令,对一个操作数的每一位进行取反操作。在一些指令集中可能有not指令来实现这个功能。
  4. 异或指令
    • 进行按位异或操作。例如xor指令,对rs1rs2寄存器中的对应位进行异或操作,结果放在rd寄存器中。

移位运算指令

  1. 逻辑左移指令
    • 将一个操作数的所有位向左移动指定的位数,右边空出的位用 0 填充。例如shl指令。
  2. 逻辑右移指令
    • 把一个操作数的所有位向右移动指定的位数,左边空出的位用 0 填充。比如shr指令。
  3. 算术右移指令
    • 对于有符号数,将其所有位向右移动指定的位数,左边空出的位用符号位填充。通常有sar指令来实现。

2.数据冒险的分析和处理

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3.控制冒险的分析和处理

注意:修改PC只在M阶段

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4.采用转发技术

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Load-use:load指令在M(访存阶段才会产生结果),故采用转发旁路已经不能解决数据冒险。

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