【Quark RISC-V】流水线CPU设计（3）数据相关与流水线冒险

理想情况下，每个时钟周期都有一条指令流入流水线，并且指令装入完成后，每个时钟周期都有一条执行完成的指令从流水线中流出。实际情况下，指令之间可能存在依赖关系，导致指令流中的指令不能在期望的时钟周期进入流水线执行。

1. 指令相关

相关（Dependence）指的是指令之间存在的依赖关系。当两条指令之间存在相关关系时，它们就不能在流水线中重叠执行，或只能部分重叠执行。

指令之间的相关关系包括：名相关（可理解成：结构相关）、数据相关、和控制相关三种。

1.1 名相关（可理解成：结构相关）

名相关指的是存在多条指令同时使用了同一个寄存器或存储单元，但这些指令之间不存在数据相关。

名相关包括反相关和输出相关两种。

• 反相关指的是指令Ik+1的目标寄存器与指令流中的上一条指令Ik的源寄存器相同；
• 输出相关则指的是指令Ik+1和指令Ik的目标寄存器相同。

名相关可通过寄存器重命名（Register Renaming）解决。寄存器重命名既可以使用编译器或汇编器静态实现，也可以使用硬件动态实现。