指令流水线

复习volatile关键字，由于volatile禁止指令重排序想到指令流水线，想当然的以为禁止指令重排序禁止的是CPU指令执行时的CPU时钟周期的延迟，后查阅相关资料发现指令重排序与此无关，便复习了一下指令流水线。

CPU指令执行过程

几乎所有的冯·诺依曼型计算机的CPU，其工作都可以划分为5个阶段：取指令、指令译码、执行指令、访存取数、结果写回

• 取指令阶段是将内存中的指令读取到CPU中寄存器的过程，**程序计数器(PC)**用于存储下一条指令执行的地址。
• 指令译码阶段，在取指令完成后，立马进入指令译码阶段，在指令译码阶段，指令译码器按照预定的指令格式，对取回的指令进行拆分解释，识别区分出不同的指令类别以及各种获取操作数的方法。
• 执行指令阶段，译码完成后，就需要执行这一指令，此阶段的任务是完成指令所规定的的各种操作，具体实现指令的功能。
• 访存取数阶段，根据指令的需要，有可能需要从内存中提取数据，此阶段的任务是根据指令地址码得到操作数在主存中的地址，并从主存中读取该操作数用来计算。
• 结果写回阶段，作为最后一个阶段，结果写回阶段把执行指令阶段的运行结果写回到某种存储器中，结果数据经常被写回CPU的内部寄存器中，以便被后续的指令快速的存取。

指令流水线

定义：指令执行过程分为多个阶段，每个阶段需要的资源不一样，因此可以采用流水线技术，同时执行多条指令的不同阶段。

原理：将指令周期分为5个阶段，取指FI ，指令译码DI ，执行指令EI ，取操作数FO，写操作数WO，可以实现指令的5级流水

影响流水线性能因素

• 资源相关：不同指令争用同一部件产生资源冲突

• 数据相关：不同指令重叠操作，可能改变对操作数的读写访问顺序，数据相关冲突有：写后读，读后写，写后写

  名称	代码示例	说明
  写后读	a = 1;b = a;	写一个变量之后，再读这个位置。
  写后写	a = 1;a = 2;	写一个变量之后，再写这个变量。
  读后写	a = b;b = 1;	读一个变量之后，再写这个变量。

• 控制相关：由转移指令引起若是条件转移指令，则转移目标地址可能发生跳转，影响流水线效率