流水線將整體的處理過程分為取指令（IF、指令譯碼（ID、執(zhí)行（EX、存儲(chǔ)器（MEM）和寄存器回寫（WB）五級。一個(gè)指令的執(zhí)行需要5個(gè)時(shí)Figure1CPUlwFigure2CPU五級內(nèi)容介IF級：取指令級。從imem中指令，并在下一個(gè)時(shí)鐘沿到來時(shí)把指令送到ID級的指令緩沖器中。ID級：指令譯。對IF級來的指令進(jìn)行譯碼，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號。stall信號，PC和IR的變化，即插入一個(gè)流水線氣泡。 級：執(zhí)行級。該級進(jìn)行算術(shù)或邏輯操作。本級也將完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)MEM級：器級。只有在執(zhí)行LW、SW指令時(shí)才對器進(jìn)行讀寫。本級包含IO接口。 與單周期CPU指令相同。填充真值表如下Figure3流水線在流水線CPU中，多條指令通知執(zhí)行，有時(shí)會(huì)造成。流水線分為三類：結(jié)構(gòu)硬件不支持多條指令在同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行。MIPS指令集專為流水線設(shè)計(jì)，不會(huì)出現(xiàn)諸如同時(shí)或?qū)懫鞯那闆r，因此在MIPSCPU中不存在此數(shù)據(jù)流水線內(nèi)部任何一條指令要用到任何其他指令的計(jì)算結(jié)果時(shí)，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)?？刂艭PU需要根據(jù)分支指令的結(jié)果做出決策，而此時(shí)其他指令可能還在執(zhí)行中，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)控制。我們使用延遲分支執(zhí)行的方式解決，即在分支條件還沒有流水線解數(shù)據(jù)Figure4一階數(shù)據(jù)相關(guān)與轉(zhuǎn)發(fā)（EXsub指令在第五周期寫回寄存器$2andsub指令的結(jié)果$2sub指令結(jié)果產(chǎn)生之后直接將其轉(zhuǎn)發(fā)給and指令就可以避免一階數(shù)據(jù)相關(guān)。如Figure5虛線所示。 一階數(shù)據(jù)相關(guān)實(shí)ALUResult_memForwardingunit單元控制，判Figure6ForwardAForwardB作為數(shù)據(jù)選擇器的地址信號，轉(zhuǎn)發(fā)條件不成立時(shí)，ALU操作數(shù)從ID/EX流水線寄存器中；轉(zhuǎn)發(fā)條件成立時(shí)，ALU操轉(zhuǎn)發(fā)條件MEMMEM級指令寫回的目標(biāo)寄存器不是$0③MEM級指令寫回的目標(biāo)寄存器與在EX級指令的源寄存器是同一寄二階數(shù)據(jù)相關(guān)與轉(zhuǎn)發(fā)（MEMsub5or5時(shí)鐘周期對sub指令的結(jié)果提出了請求，很顯然or指令的數(shù)據(jù)是未被更新的錯(cuò)誤內(nèi)容。這類第I條指令的源操作寄存器與第I-2條指令（即之上第二條指令）的目標(biāo)寄存器相重，導(dǎo)致的數(shù)據(jù)相關(guān)稱為二階數(shù)據(jù)相關(guān)。MEM/WBsub指令結(jié)果轉(zhuǎn)or據(jù)為RegWriteData_wb。Figure7轉(zhuǎn)發(fā)條件WBWB級指令寫回的目標(biāo)寄存器不是$0WBEX級指令的源寄存器是同一寄存RegWriteAddr_wb=RsAddr_exRegWriteAddr_wb=RtAddr_ex；④EX不成立，即RegWriteAddr_mem≠RsAddr_exRegWriteAddr_mem=RtAddr_ex無法通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)解決的數(shù)據(jù)當(dāng)一條指令試圖一個(gè)寄存器，而它前一條指令是lw指令，并且該lw指Figure8數(shù)據(jù)實(shí)這類不同于數(shù)據(jù)相關(guān)，需要單獨(dú)一個(gè)“檢測單元（HazardDetectorID級完成。成立的條2lw2EXlwID 或RegWriteAddr_ex=RtAddr_id為解決數(shù)據(jù)，我們引入流水線阻塞。當(dāng)HazardDetector檢測到條（bubble，具體實(shí)現(xiàn)方法在ID級檢測到條件時(shí)，HazardDetector輸出信號：Stall與PC_IFWrite。將ID/EX流水線寄存器中的EX、MEM和WB級控制信號全部。這些和器進(jìn)行寫操作，高電平有效。并且PC寄存器和IF/ID流水線寄存控制MEM級才能確定是否執(zhí)行分支。為了確定預(yù)取正確的指Figure9分支實(shí)Zero信號檢測電路（Ztest）ALU中獨(dú)立出來，并將它從EX級提前至ID級。IFIF_flushIF/ID流水線寄存器的信號。當(dāng)分支成立，即Z=1，則IF_flush=1，否則IF_flush=0IF_flushZJ和JR，在執(zhí)行這兩個(gè)指令時(shí)也必須要對IF/ID流水線寄存器進(jìn)行清空，因此，IF_flush的表達(dá)式應(yīng)表示為：IF_flushZ||J||IO端口設(shè)計(jì)與上次實(shí)驗(yàn)一樣，通過lw和sw的目標(biāo)寄存器來判斷是否是輸Figure10IO七、代碼實(shí)puter.v（頂層文件Bubblecontrol.v（插入氣泡控制Forward_id.v（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)控制