关于指令执行周期的细节思考

关于指令执行周期的细节思考

@(组成原理)

（取自2012.44）五段流水线：取指（IF）、译码/读寄存器（ID）、执行/计算有效地址（EX）、访问存储器（M）、结果写回寄存器（WB）。流水线按序发射，按序完成。不采用数据转发技术，并且同一个寄存器的读和写操作不能在同一个时钟周期内进行。

只看一个方面的问题：若高级语言程序中某赋值语句为：x = a+b,x,a,b均为int型变量，它们的存储单元地址分别为[x],[a],[b]。该语句对应的指令流水线执行过程是：

I1    LOAD    R1,[a]
I2    LOAD    R2,[b]
I3    ADD     R1,R2
I4    STORE   R2,[x]

分析：这样一个简单的指令执行步骤，其实非常值得深入分析，不要跑太快。

首先问，阻塞在指令序列中如何体现的？不连续即阻塞。
比如I3的IF段结束后，后面要隔着三个空格才能接上ID，这三个空格就是阻塞，这个指令因为要等到I2写回数据到R2才能继续下去，ID重新开始时就是在I2的WB写完后，被唤醒。很长时间都没有这么分析，也没看到相关的解答这样串联。
再问一个问题，I4的IF为什么不在I3的ID前面执行？根据题干，要顺序执行，在I3阻塞时，I4的指令是不允许执行的。所以I4的IF才在I3的ID下面，即I3开始工作了，才允许I4继续工作。

另外，IF不允许在M下面，是因为M是访问主存，IF也是访问主存。这是隐含性的条件，是作为常识掌握。题干强调了对寄存器的互斥访问，而刻意忽略了主存的互斥访问。

总之，注意IF和M的互斥，ID和WB的互斥，再加上对阻塞情况下后序指令不许动的理解，这种绘图型，其实很简洁。