如何避免流水线冲突?


流水线技术将一个顺序过程分解成多个子操作,每个子操作由一个专门的流水线段执行,所有段协同工作。以下是一些避免流水线冲突的技术:

  • **硬件互锁** - 硬件互锁是电子电路,用于检测指令的源操作数是否是流水线中后续指令的目标操作数。检测到这种情况后,源操作数不可用的指令将延迟几个时钟周期。这样就解决了冲突。
  • **操作数转发** - 此方法需要特殊的硬件来识别冲突,然后通过在流水线段之间建立独特的路由来防止冲突。这种方法需要通过多路复用器 (MUX) 建立额外的硬件路由。
  • **延迟分支** - 在此方法中,编译器负责解决流水线冲突。编译器识别分支指令,并通过添加合适的指令来安排机器语言代码序列,从而使流水线保持无阻塞地运行。
  • **分支预测** - 此方法利用某种智能预测机制。具有分支预测功能的流水线会在条件分支指令执行之前预测其结果。流水线从预测的路径获取指令流,从而节省了分支惩罚所浪费的时间。
  • **推测执行** - 分支预测的优点在于,它有助于在不延迟的情况下获取和执行分支后的指令。但是,这应该以推测性的方式完成。

推测执行定义为在处理器确定指令是否在正确的执行路径上之前执行指令。因此,应注意,在确认必须执行这些指令之前,不要刷新任何处理器寄存器或内存位置。

如果分支决策不同,则应删除执行单元中的指令及其所有相关数据,并获取和执行正确的指令。

更新于:2021年7月27日

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