引言
RISC子集中的每条指令都可以在最多5个时钟周期内实现。这5个时钟周期如下所述。
- 取值（IF）
- 指令译码/读寄存器（ID）
- 执行/有效地址（EX）
- 访存（MEM）
- 写回（WB）
流水化的主要阻碍——流水线冒险
共有以下3类冒险：
- 结构冒险：主要发生在不太常用的特殊用途功能单元
- 数据冒险
- 控制冒险
数据冒险
有3种类型的数据冒险：
- 写后读（RAW）冒险：这是最常见的冒险
- 读后写（WAR）冒险
- 写后写（WAW）冒险
下面讨论一种用于消除设计数据冒险停顿的技术
利用前递技术将数据冒险停顿减至最少
forwarding=前递=旁路=转发
前递的工作方式如下所述：
- 来自EX/MEM和MEM/WB流水线寄存器的ALU结果总是被反馈回ALU的输入端
- 如果前递硬件检测到前一个ALU操作已经对当前ALU操作的源寄存器进行了写操作，则控制逻辑选择前递结果作为ALU输入，而不是选择从寄存器堆中读取的值。
分支冒险（控制冒险）
这里讨论4种简单的编译时机制，降低流水线分支代价：
- 处理分支的最简单机制是冻结或冲刷流水线，即保留或删除分支之后的所有指令，直到知道分支目标为止。
- 一种性能更高但略微复杂的机制是预测未选中，将每个分支都看作未选中分支，让硬件继续执行，就好像该分支未被执行一样。
- 一种替代机制是将所有分支都看作选中分支。
- 在早期RISC处理器中广泛使用的第四种机制称为延迟分支。
通过预测降低分支成本
当流水线变得越来越深，而且分支的潜在代价增加时，仅使用延迟分支及类似机制就不够了。这时需要寻求一种更积极的方式来预测分支。
这些机制分为两类：依赖编译时可用信息的低成本静态机制；根据程序行为对分支进行动态预测的策略。
动态调度流水线
简单流水线提取一条指令并发射它，除非流水线中的已有指令和被提取的指令之间存在数据相关性，并且不能通过旁路或前递来隐藏。在清除这种相关性之前，不会提取或发射新指令。为了弥补这些性能损失，编译器可以尝试调度指令来避免冒险，这种方法称为静态调度。
几种早期处理器使用了另一种名为动态调度的方法，硬件借此方法重新安排指令的执行过程以减少停顿。
