MIPS流水线以及分支延迟和加载延迟概念（一）

MIPS每条指令(如汇编指令andi t0，t1)的执行分为5个阶段，称为5级流水线，分别的IF，ID，EX，MEM，WB。每个阶段详解为:

IF: Instruction Fetch，取指,根据PC（程序计数器）指示的地址从存储器中取指令并装入到指令寄存器（IR）中，同时PC加4（MIPS每个指令都是定长的4个字节）以获取下一条指令的地址。

ID：Instruction Decode，对IF阶段取的指令译码并读取该指令的源寄存器域(rs)指定的寄存器的内容，MIPS指令结构如下(R-type指令)

EX：Execute，执行或者计算有效地址，根据指令类型分为3中情况：

       (1)如果指令是load/store指令的话，ALU把寄存器内容和偏移量相加得到访存的有效地址，该地址在MEM阶段用

        (2)如果是ALU指令，ALU根据操作码对从寄存器堆中读取的数据进行运算

        (3)如果是分支指令，ALU把偏移量和PC指针相加形成转移目标的地址，同时判断分支是否成功

MEM：访存，如果是load指令，将根据前一个cycle计算得到的有效地址从存储器中读取数据。如果是store指令，根据有效地址将那个第二个寄存器中的数据写入存储器中。如果是条件分支指令，如果条件为真，将EX阶段的形成的转移目标地址赋给PC，分支指令执行完毕；否则不进行任何操作。如果指令是运算指令(ALU指令)，MEM阶段空闲。

WB：Write Back，数据写回到通用寄存器中，将结果写入寄存器堆，结果可能来自存储器（对于load指令）或者来自ALU（对于ALU指令）。

综合5级流水线的运行如下(实际上ID和WB阶段个需要半个时钟周期即可完成，即MIPS一条指令4个时钟周期完成)：

MIPS 5级流水线

参考：《see mips run》

             http://book.51cto.com/art/201112/306476.htm

             http://blog.sina.com.cn/s/blog_696b8a5a0100njbq.html

最后

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