简单MIPS指令的执行及动态调度

简单MIPS指令的5个时钟周期

1.      取指令周期（IF）

IR <- Mem[PC] ;

NPC <- PC + 4 ;

操作：根据PC指向的地址从Memory中取指令并装载到寄存器（IR）中，同时PC+4以获得下一条指令的地址。IR中保存下一个时钟周期需要的指令，NPC中保存下一条指令的PC。

2.      指令译码/读寄存器周期（ID）

A <- Regs[rs];

B <- Regs[rt] ;

Imm <- IR的立即数字段进行符号扩展

操作：分析指令并访问寄存器堆读寄存器，读寄存器和分析指令可以并行执行。

3.      执行/有效地址周期（EX）

操作：ALU对上一个时钟周期准备好的操作数进行计算。

4.      访问存储器/转移完成指令（MEM）

操作：在需要时访问存储器，如果是load命令，从存储器中读数据，并装入到寄存器中；如果是store命令，则将寄存器中的数据写入到存储器中。

5.      写回周期（WB）

操作：将结果写回到寄存器。

 

采用计分板机制的动态调度法

        将指令译码流水段（ID）分为：

1.      发射：译码指令，并检测数据结构冒险的情况；

2.      读操作数：等到不存在数据冒险时，读出操作数。

计分板技术：

在动态流水线中，所有的指令在发射阶段均是按序发射的，但在读操作数阶段，有可能会产生停顿或旁路，而影响轮序执行。计分板技术就是在资源单元充足，没有数据相关存在的情况下，允许乱序执行的一种技术。

计分板技术就是负责指令发射和执行的，也负责所有冒险的检测和解除。

计分板由三部分组成：

1.      指令状态表；

2.      功能单元状态表

3.      寄存器结果状态表

 

用Tomasulo方法进行动态调度

        通过对操作数进行跟踪，使指令在操作数可用时立即开始执行，以减少RAW冒险；通过引入寄存器重命名较少WAW和WAR冒险。

        在Tomasulo算法中，寄存器重命名是通过保留站实现的，保留站为等待发射的指令保留操作数。基本思想：当操作数可用时，保留站马上取操作数并将其缓存，从而避免从寄存器中读操作数；指令执行时直接从保留站中取操作数；当对寄存器的后续写操作在执行过程中发生重叠时，可对寄存器重命名，消除冒险，实现轮序执行。

           Tomasulo算法运用了两种不同的技术：寄存器重命名技术和源操作数缓存技术。