MIPS 管道转发（双重数据风险）答案

【问题标题】：MIPS Pipeline Forwarding (double data hazard)MIPS 管道转发（双重数据风险）
【发布时间】：2011-11-17 02:25:32
【问题描述】：

在帕特森和轩尼诗书中：

但这不能作为 EX 危险处理：

为什么在 MEM 阶段进行转发？如何？有 1 个档位（对于第 2 次添加，我需要在下一个 EX 中获得 EX 的结果）？

【问题讨论】：

PS，我的最后一个链接，cs.cornell.edu/courses/cs3410/2011sp/faq/faq_pa1.html 谈到了书中的拼写错误：“请注意，第 369 页教科书中 MEM 危险的前向条件是错误的！”我认为这可能与您的形象有关。
这显然是书中的一个错误（括号不平衡）。奇怪的是，这本书的最新版本（修订版第 4 版）添加了一个缺失的结尾 '

标签： mips pipeline computer-architecture

【解决方案1】：

使用的文档http://www.cs.cornell.edu/courses/cs3410/2011sp/faq/faq_pa1.html

在我们考虑“双重数据风险”（原始规则）之前，我将重写 EX 和 MEM 危害条件（为简单起见删除 !=0 部分）：

EX 危险

 if (EX/MEM.RegWrite and (EX/MEM.RegisterRd == ID/EX.RegisterRs)  # =EX_h_Rs 
   ) ForwardA = 10
 if (EX/MEM.RegWrite and (EX/MEM.RegisterRd == ID/EX.RegisterRt)  # =EX_h_Rt
   ) ForwardB = 10

我将调用条件 EX_h_Rs 和 EX_h_Rt 以缩短公式

MEM 危害（原始状态）

 if (MEM/WB.RegWrite and (MEM/WB.RegisterRd == ID/EX.RegisterRs)) ForwardA = 01 
 if (MEM/WB.RegWrite and (MEM/WB.RegisterRd == ID/EX.RegisterRt)) ForwardB = 01

====

我们的示例同时具有两种类型的危险，在（第 1 和第 3）和（第 2 和第 3）之间：

add $1, $1, $2 
add $1, $1, $3 
add $1, $1, $4

或（问题循环在顶部和底部标有**）

                **   
add C+A -> A ... A
           v     ?  
     add B+A -> A
                v   
          add C+ A -> A     
                **

根据我的链接，在考虑到双重 EX + MEM 危险后：（不带 !=0 和重新排序的布尔术语），更新了 MEM 危险规则：

让我们修改 MEM 危害的转发条件以处理“双重”数据危害

 if (MEM/WB.RegWrite and (MEM/WB.RegisterRd = ID/EX.RegisterRs) and 
  not (EX/MEM.RegWrite and (EX/MEM.RegisterRd == ID/EX.RegisterRs)) 
  ) 
   ForwardA = 01
 if (MEM/WB.RegWrite and (MEM/WB.RegisterRd = ID/EX.RegisterRt) and 
  not (EX/MEM.RegWrite and (EX/MEM.RegisterRd == ID/EX.RegisterRt)) 
 ) 
   ForwardB = 01

或者同样使用 EX_h_* 的短记录

 if (MEM/WB.RegWrite and (MEM/WB.RegisterRd = ID/EX.RegisterRs) and 
  not ( EX_h_Rs ) 
  ) 
   ForwardA = 01
 if (MEM/WB.RegWrite and (MEM/WB.RegisterRd = ID/EX.RegisterRt) and 
  not ( EX_h_Rt ) 
 ) 
   ForwardB = 01

意思是：

尝试从 MEM/WB 转发到 EX；如果没有从 EX/MEM 流水线寄存器转发到相同的输入操作数。

还是一样

甚至不要尝试从 MEM/WB 转发到 EX；如果已经从 EX/MEM 转发了更新的结果。

我会尝试说明：

add C+A -> A     A'
                 v?  (forwarding to 3rd instruction) 
           A -> A''
                v?
          add C+A -> A

所以，对于第三条指令，原始规则会说，第一条指令中的A' 和第二条指令中的A'' 都应该被转发（但不能同时从两个源提供多路复用器）。并且修改 MEM 危险条件表明，如果有更新的 A'' 的主动转发，则不应尝试转发 A'。

所以; 你的图是对的， 会有2个EX危害转发；但如果已经有 EX Hazard 转发活动，则不应尝试 MEM 危险转发。

【讨论】：

【解决方案2】：

这显然是本书第 4 版中的一个错误（括号不平衡）。奇怪的是，这本书的最新版本（修订版第 4 版）添加了一个缺失的结尾 ')' 但是......最终出现了不正确的条件仍然：

我认为这是条件的正确版本：

if (MEM/WB.RegWrite
and (MEM/WB.RegisterRd ≠ 0)
and not(EX/MEM.RegWrite and (EX/MEM.RegisterRd ≠ 0)
       and (EX/MEM.RegisterRd = ID/EX.RegisterRs))
and (MEM/WB.RegisterRd = ID/EX.RegisterRs)) Forward = 01

if (MEM/WB.RegWrite
and (MEM/WB.RegisterRd ≠ 0)
and not(EX/MEM.RegWrite and (EX/MEM.RegisterRd ≠ 0)
       and (EX/MEM.RegisterRd = ID/EX.RegisterRt))
and (MEM/WB.RegisterRd = ID/EX.RegisterRt)) Forward = 01

【讨论】：