咨询:请识别给定MIPS流水线指令集中的所有数据冒险
MIPS指令集数据冒险分析
给定指令序列:
add $t3, $t1, $t2 # 指令1:写$t3 sub $t3, $t2, $t1 # 指令2:写$t3 and $t4, $t3, $t1 # 指令3:读$t3,写$t4 or $t0, $t3, $t4 # 指令4:读$t3、$t4,写$t0 xor $t1, $t4, $t3 # 指令5:读$t4、$t3,写$t1 sw $t4, 4($t0) # 指令6:读$t4、$t0
1. RAW(写后读)冒险(需处理的关键冒险)
RAW冒险指后续指令需要读取的寄存器被前面指令写入,但读取操作早于写入完成,会导致读取到旧值。本序列中的RAW冒险包括:
- 指令3 与 指令2:指令3在译码阶段读取$t3,此时指令2的$t3仅在执行阶段完成计算,未完成寄存器写回。
- 指令4 与 指令2:指令4在译码阶段读取$t3,指令2的$t3尚未完成写回。
- 指令4 与 指令3:指令4在译码阶段读取$t4,指令3的$t4尚未完成写回。
- 指令5 与 指令2:指令5在译码阶段读取$t3,此时指令2的$t3刚进入写回阶段,若寄存器堆不支持写后读则会读取旧值。
- 指令5 与 指令3:指令5在译码阶段读取$t4,指令3的$t4尚未完成写回。
- 指令6 与 指令3:指令6在译码阶段读取$t4,此时指令3的$t4刚进入写回阶段,需依赖寄存器堆写后读特性或转发机制解决。
- 指令6 与 指令4:指令6在译码阶段读取$t0,指令4的$t0尚未完成写回。
2. WAW(写后写)冒险
WAW冒险指两条指令先后写入同一个寄存器,乱序流水线中可能因写回顺序错误导致结果异常,但经典顺序MIPS流水线中写回按指令顺序执行,不会产生实际错误,仅客观存在冒险:
- 指令2 与 指令1:两条指令均写入$t3,指令1先执行但写回晚于指令2,乱序场景下可能出现指令1的写覆盖指令2结果的问题。
3. WAR(读后写)冒险
本指令序列中不存在WAR冒险:所有写寄存器的操作,对应的被写寄存器的读取操作均发生在写操作之前,不会出现“写操作先于读操作完成”的情况。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Shivam Singh
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