计算机组成原理关于指令流水线数据冒险解决方案的困惑以及梳理

笔者是在做这道题的时候产生的困惑以及解决

附上答案

1.阻塞方式

把I3指令的ID阶段阻塞到时钟6去执行。因为ID阶段是读寄存器的，必须要在I2的WB阶段结束之后，也就是时钟6，一共阻塞3个时钟

2.数据通路方式解决这个问题

我的困惑：

假如A与B指令有数据冲突，数据通路的方式解决的话，那是不是只要在A执行阶段我把结果算出来之后，存到A指令执行阶段的锁存器，然后B指令的执行阶段就可以拿走直接用？还是说B指令的译码阶段取操作数这个操作要等到A指令的EX阶段执行完以后，然后数据通路把A指令的EX段锁存器的内容给到B指令，B指令才去进行EX阶段？

答案是在A指令的执行（EX）阶段结束后，结果被存入EX/MEM流水线锁存器。随后，在B指令的EX阶段开始时，转发逻辑可以直接从这个锁存器中取出数据供B指令使用。

简单来说就是：B指令的译码解决还是会拿到错误的值，但是数据通路会在B指令进去EX阶段之前把错误的值用正确的值给覆盖掉。而其实ID阶段拿到错误的值也没事，毕竟也没执行。

转发机制（Data Forwarding）的正确流程

时序点：
- A指令的EX阶段结束： 此时，ALU已经计算出了结果。这个结果在时钟周期的末尾被写入到EX/MEM流水线锁存器中。
- B指令的EX阶段开始： 在下一个时钟周期开始时，B指令进入EX阶段。B指令需要从寄存器读取的操作数（例如A指令产生的结果）已经准备就绪。
转发如何连接：
- 硬件上，会有一条路径从A指令的EX/MEM锁存器的输出端，直接连接到B指令的EX阶段的ALU输入端的多路选择器（MUX）。
- 当检测到数据冲突（即B指令需要的源寄存器正是A指令要写入的目标寄存器）时，转发单元会生成控制信号，让这个多路选择器选择从EX/MEM锁存器来的转发数据，而不是选择从ID/EX锁存器来的（可能已过时的）寄存器文件数据。
B指令的译码（ID）阶段不受影响：
- B指令的ID阶段会照常进行，它会从寄存器文件中读取操作数。但是，由于A指令还没有将结果写回寄存器文件（WB阶段），此时读出的值是旧的、不正确的。
- 这个旧值会被传递到ID/EX锁存器中。这没有关系，因为当B指令进入EX阶段时，转发逻辑会“覆盖”掉这个旧值，选择正确的转发值。这才是转发的精髓——它修复的是EX阶段的输入，而不是阻止ID阶段的读取。

为什么第二种说法是错的？

第二种说法是：“B指令的译码阶段取操作数这个操作要等到A指令的EX阶段执行完以后…B指令才去进行EX阶段？”

这种描述听起来更像是阻塞（Stalling） 策略，而不是转发策略。
在转发机制下，B指令的ID阶段不需要等待A指令的EX阶段完成。B指令的ID阶段可以紧跟着A指令的ID阶段正常进行，流水线继续保持流动，没有插入气泡（Bubble）。冒险的解决是在数据进入ALU的“最后一刻”通过转发完成的。
如果让B指令的ID阶段等待，那就失去了转发机制“避免流水线停顿”的最大优势。