MIPS流水线笔记

• 非流水线下，指令的常规操作：
  • IF
    • IR<- Mem[PC]
    • NPC<- PC+4
  • ID-instruction decode and register fetch step
    • A<- Regs[IR_6..10]
    • B<- Regs[IR_11..16]
      • 可能读取的寄存器值没有用，但没关系；译码后如果没用，以后操作就不用
    • Imm<- ((IR₁₆)¹⁶)##IR_16-31
  • EX，根据译码结果分为四种情况
    • Memory reference
      • ALUOUTPUT<- A+(IR₁₆)¹⁶ ## IR_{16..31---effective address}
      • SMD<- B---data to be written if it is a store---SMD(MDR)
    • R-R ALU instruction
      • ALUOUTPUT<- A op B
    • R-I ALU instruction
      • ALUOUTPUT<- A op((IR₁₆)¹⁶)## IR_16..31
    • Branch/Jump
      • ALUOutput<- NPC+(IR₁₆)¹⁶##IR_16..31
      • cond <- A op 0;for conditional branches A's value is the condition base(for BEQZ);
  • MEM-memory access/branch completion
    • memory reference
      • LMD<- Mem[ALUOutput];if it's a load
      • Mem[ALUOutput]<- SMD;
    • branch
      • if (cond) then PC<- ALUOutput else PC<- NPC
  • WB
    • R-R ALU (这种指令没有访存)
      • Regs[IR_16..20]<- ALUOutput
    • R-I ALU
      • Regs[IR_11..15]<- ALUOutput
    • Load
      • Regs[IR_11..15]<-LMD
• 流水线正常工作的基本条件
  • 增加寄存器文件保存当前段传送到下一段的数据和控制信息
  • 存储器带宽是非流水的5倍
• 

  • IF	IF/ID.IR<-MEM[PC]; IF/ID.NPC,PC <- if((EX/MEM.opcode == branch) & EX/MEM.cond) then EX/MEM.ALUOutput else PC+4
    ID	ID/EX.A<-Regs[IF/ID.IR[rs]];   ;ID/EX.B<- Regs[IF/ID.IR[rt]]; ID/EX.NPC<-IF/ID.NPC;  ;ID/EX.IR<- IF/ID.IR ID/EX.Imm<- sign-extend(IF/ID.IR[immediate field]);
    	ALU instruction	LOAD or Store	Branch instruction
    EX	EX/MEM.IR<- ID/EX.IR; EX/MEM.ALUOutput<- ID/EX.A func ID/EX.B; or EX/MEM.ALUOutput<- ID/EX.A op ID/EX.Imm;	EX/MEM.IR<- ID/EX.IR EX/MEM.ALUOutput<- ID/EX.A+ID/EX.Imm EX/MEM.B<- ID/EX.B	EX/MEM.ALUOutput<- ID/EX.NPC+(ID/EX.Imm << 2); EX/MEM.cond<- (ID/EX.A == 0)
    MEM	MEM/WB.IR<- EX/MEM.IR; MEM/WB.ALUOutput<- EX/MEM.ALUOutput;	MEM/WB.IR<- EX/MEM.IR; MEM/WB.LMD<- Mem[EX/MEM.ALUOoutput];or Mem[EX/MEM.ALUOutput]<- EX/MEM.B;(store)
    WB	Regs[MEM/WB.IR[rd]]<- MEM/WB.ALUOutput; or Regs[MEM/WB.IR[rt]]<- MEM/WB.ALUOutput;	Regs[MEM/WB.IR[rt]]<- MEM/WB.LMD ;for load only

• 三种类型的指令
  • I
  • 
  • J
  • 
  • R
  • 

• 数据相关
  • 采用定向技术解决（将EX/MEM,MEM/WB寄存器都和ALU输入端相连）
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  • 定向源的判定
    • 定向源位R-R ALU操作的定向比较判断
    • 
• d
• dd
• d
• d