CSAPP 第四章 处理器体系结构——Y86流水线基本原理

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Y86 流水线的实现

PC的计算

在非流水线结构中，计算PC是在时间周期结束的时候进行的。

而在流水线实现中，计算PC作为指令执行的第一步。

Fetch 阶段

三种情况：

1.预测错误，从流水线寄存器M（M_valA）读出该指令valP的数值，即下一条指令的地址。

2.RET 指令 W_valM 从流水线寄存器读出返回地址（访存）。

3.其他情况会使用存放在流水线寄存器F中的PC的预测值。

HCL代码如下：

ics24

其中 f_predPC

ics22

exercises:

写出 f_stat的HCL代码，提供取出指令的临时状态

word f_stat =

f_icode == IHALT : SHLT

mem_error : SADR

!instr_valid : SINS

1: SAOK

译码和写回阶段

dsrc_A

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word dsrc_A =

DICODE in {IRRMOVQ,IRMMOVQ,IPUSHQ,IOPQ} : D_rA

DICODE in {IPOPQ,IRETURN} : RRSP

1: RNONE
PUSH

RRMOVQ，RMMOVQ source A的值来自于寄存器A

而push 实际上就是

subl $4,%esp

movl %ebp,(%esp)

call实际上是 push+jump,先把返回地址（此时存放在EIP中）push进%ebp，
然后再jump到要执行指令的地址

POP

而POP指令实际上是

movl (%esp),%eip //eip寄存器是保存CPU所要读取指令地址的寄存器

addl $4,%esp

return

return 实际上是 把栈顶地址弹出到EIP，然后按照EIP指示的指令地址继续执行程序

需要用到栈指针来作为source A

dsrc_B
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word d_srcB = 

DICODE IN {IOPQ，IMRMOVQ，IRMOVQ} ：d_srcB
DICODE IN {IPUSHQ,IPOPQ,IRET,ICALL} ：RRSP
1:RNONE
dstE
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word d_dstE = 

// 目的寄存器是rB而且存储的是由数值运算得到的结果

DICODE IN {IOPQ,IIRMOVQ,IRRMOVQ} : D_rB:


//因为pushq,popq都需要涉及到

push: subl $4,%rsp
pop : addl $4,%rsp


DICODE IN {IPUSHQ,IPOPQ,IRET,ICALL}： RRSP

1： RNONE
dstM
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DICODE IN {IMRMOVQ,IPOPQ}: R_rA

1: RNONE
d_valA

这五个转发源存在优先级，通常流水线的实现总是给处于最早的流水线阶段中的转发源以较高的优先级。

ics25

只有pop指令关心访存或者写回阶段的两个源之间的优先级

pop 指令看作是

movl (%rsp) , %rsp

addl $4,%rsp

因为默认 m_valM 访存的优先级 大于 M_valE 计算的优先级
因此加入下一条指令是

movl %rsp, %rax

则会把%rsp+4 之前的值传到%rax，满足x86的pop操作规定

aluA
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word aluA = [
   E_icode in {IRRMOVQ,IOPQ} : E_valA
   E_icode in {IIRMOVQ,IRMMOVQ,IMRMOVQ} : E_valC
   E_icode in {ICALLQ, IPUSHQ} : -8 //如果是iaddl 就是-4
   E_icode in {IPOPQ,IRETQ} : 8
   
   
]
aluB

ics30