【日更计划020】数字IC基础题

上期答案

[37] 什么是pipeline hazard？处理器中有几种pipeline hazard？

pipeline hazard是指由于某些原因下一条指令无法执行的情况。有三种类型的hazard：

1. Structural Hazards：由于硬件资源不足产生的。比如如果设计结构中只有一个浮点执行单元，每次执行都需要两个周期的时间，那么当程序中出现背靠背的浮点指令时会导致流水线停止。除此之外内存和缓存的访问也会导致Structural Hazards
2. Data Hazards：由于前后指令数据的依赖性而造成的hazard

• A、RAW：先读后写register，ture data dependence
• B、WAW：先写后写register，output data dependence
• C、WAR：先写后读register， anti-data dependence

3. Control Hazards：当碰到跳转指令时，processor会stall一个cycle。
   因为processor在处理指令时会分两个stage：取指令和解码指令。
   当一条指令进入到解码阶段时，才会被发现需要跳转，所以在取指令阶段
   的那条指令会被废掉，故浪费掉一个cycle。

[38] 如何避免三种pipeline hazard？

1. Structural Hazards：将一个function unit切分成更小的stage或对设计相同功能的硬件等，总之，就是让硬件资源够用。
2. Data Hazards：A情况是真正的数据依赖，会产生hazard，可以用forwarding技术来减少或消除它；而B和C是在当指令顺序被compiler或者是硬件调整后才会出现的数据依赖。如果出现了B和C的情况，可以有一种技术来消除它，叫做register renaming。
3. Control Hazards：可以在program中加入likely（）or unlikely（）来帮助compiler预测taken or not taken的可能性。另外，compiler可以通过delayed-branch的技术来消除branch hazard，但是该技术很少用在很长的pipeline中。最后，可以通过硬件的技术消除Brach hazard。以上的技术都是compiler或hardware的技术，programmer可以不关心，但好的if语句应该
   如下：

if（unlikely（condition））  
{  
 几率小  
}  
else  
{  
 几率大  
}  
注意：将几率大的语句放在not taken下面，将几率小的语句放在taken下，这样会节省4个
cycle左右（由pipeline的深度决定）。另外，还有一种写法就是将unlikely改为likely，将几率大的和几率小的对调，这种方法比第一种方法要慢或持平（至于原因有compiler的原因，有pipeline的原因，所以它依赖于compiler和chip的设计）。

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本期题目

[039] 如果一个流水线由十个阶段，每个阶段需要1ns执行。假设没有hazards，那么处理100个数据需要多久？

[040] 指令有多少种寻址方式？

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