16、定点运算中的CPU流水线风险及应对策略

定点运算中的CPU流水线风险及应对策略

在CPU的运行过程中，流水线技术极大地提高了指令执行的效率，但同时也引入了各种风险。这些风险可能导致指令执行出错或效率降低，因此了解并解决这些风险至关重要。本文将详细介绍定点运算中CPU流水线可能遇到的结构风险、数据风险和程序控制风险，并探讨相应的解决方法。

1. 结构风险

当指令从指令存储器取出并进入CPU流水线时，它们会依次相隔一个时钟周期执行。在五阶段CPU流水线中，结构风险主要出现在特定的时钟周期。

• 指令和数据存储器访问冲突 ：在图6.68的第四周期，第一条指令访问数据存储器，而第四条指令从指令存储器取指。如果只有一个单端口的存储器块用于读取指令和存储数据，就会产生结构风险。这也是RISC CPU采用分离的指令和数据存储器的主要原因。
• 寄存器文件读写冲突 ：在第五和第六周期，需要在同一周期从寄存器文件（RF）读取数据并写入数据。如果读取的数据依赖于写入的数据，就会产生风险。为避免这种情况，RF的设计应确保所有写入操作在时钟的高电平阶段进行，所有读取操作在低电平阶段进行。

周期	指令1	指令2	指令3	指令4	指令5
1	I