乱序执行的原理是在两条相关指令中插入不相关的指令,使整条流水线顺畅。比如上面的例子中,开始执行第一条指令后直接开始执行第三条指令(假设第三条指令不相关),然后才开始执行第二条指令,这样当第二条指令需要取操作数时第一条指令刚好完成,而且第三条指令也快要完成了,整条流水线不会停顿。当然,流水线的阻塞现象还是不能完全避免的,尤其是当相关指令非常多的时候。由于ARM是硬件flush流水设计的,当发生冒险时,会暂停取指,然后清流水,(MIPS解决冒险通常依赖于编译器,比如插入一条NOP指令及重新排列指令序列)个人觉得阻塞情况不要清空流水线,而只有在中断,或跳转指令时才要清空流水线。
另一个大问题是条件转移。在上面的例子中,如果第一条指令是一个条件转移指令,那么系统就会不清楚下面应该执行那一条指令?这时就必须等第一条指令的判断结果出来才能执行第二条指令。条件转移所造成的流水线停顿甚至比相关还要严重的多。所以,现在采用分支预测技术来处理转移问题。虽然我们的程序中充满着分支,而且哪一条分支都是有可能的,但大多数情况下总是选择某一分支。比如一个循环的末尾是一个分支,除了最后一次我们需要跳出循环外,其他的时候我们总是选择继续循环这条分支。根据这些原理,分支预测技术可以在没有得到结果之前预测下一条指令是什么,并执行它。现在的分支预测技术能够达到90%以上的正确率,但是,一旦预测错误,CPU仍然不得不清理整条流水线并回到分支点。这将损失大量的时钟周期。所以,进一步提高分支预测的准确率也是正在研究的一个课题。
越是长的流水线,相关和转移两大问题也越严重,所以,流水线并不是越长越好,超标量也不是越多越好,找到一个速度与效率的平衡点才是最重要的。————————————————————————————PC的概念,百科
程序计数器PC(program counter)是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。为了保证程序能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。而程序计数器正是起到这种作用,所以通常又称为指令计数器。在程序开始执行前,必须将它的起始地址,即程序的一条指令所在的内存单元地址送入PC,因此程序计数器(PC)的内容即是从内存提取的第一条指令的地址。当执行指令时,CPU将自动修改PC的内容,即每执行一条指令PC增加一个量,这个量等于指令所含的字节数