【RISC-V_SoC】多级流水线的实现

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单周期处理器

组成元素：
程序计数器PC、指令存储器、译码部件、通用寄存器堆、运算器、数据存储器

带时序控制逻辑的数据通路

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流水线处理器

1、多周期处理器

在每段操作前后加上触发器、采用分频时钟。
理论上就能减少每个时钟周期的工作量, 提高处理器频率。但是每条指令的执行时间并不能降低

对应流水线时空图：

2、流水线处理器

在多周期处理器的基础上（增加触发器、使用分频时钟），在每级流水的触发器旁边, 再添加一批用于存储控制逻辑的触发器。
指令控制逻辑借由这些触发器沿着流水线逐级传递下去, 从而保证了各阶段执行时使用的控制逻辑都是属于该指令的。

1、控制运算器进行计算的信息来自控制逻辑 2, 即锁存过一次的控制逻辑, 刚好与 R2 中存储的运算值同属一条指令。
2、取消了 R3 阶段写通用寄存器的通路, 而是将 R3 的内容锁存一个时钟周期, 统一使用控制逻辑 4 和 R4 来写

对应流水线时空图：
1、 图中 R2、 R3 和 R4 实际上还包括各自对应的控制逻辑触发器, 所以到下一个时钟周期后, 当前部件及对应触发器已经不再需要给上一条指令服务, 新的指令才可以在下一个时钟周期立即占据当前的触发器

对应部件时空图：
1、流水线的体现：处理器的工作方式就像一个 5 人分工合作的加工厂, 每个工人做完自己的部分, 将自己手头的工作交给下一个工人, 并取得一个新的工作, 这样可以让每个工人都一直处于工作状态

指令相关和流水线冲突

1、 数据相关引发的冲突及解决办法

2、控制相关引发的冲突及解决办法

3、结构相关引发的冲突及解决办法

流水线与异常处理

提高流水线效率的技术

1、多发射数据通路

2、动态调度

3、转移预测

4、高速缓存