记分板

记分板是来自在资源部件充足，没有数据相关存在的前提下，允许指令乱序执行的一种技术。

• 中文名称 记分板
• 外文名称 scoreboard

原理

　　它通过使用硬件来支持指令级并行，从而能够处理某些在编译阶段无法知道的相关关系(如涉及内存引用时)，并简化来自编译设计;能够允许一个流水线机器上编译的指令，在另一个流水线上也能有效运行

气喜范拿　　记分板的目的是，360百科在没有资源冲突的前提下，使每条指令尽可能早的执料尼明子行，以保持每一个时钟周期执行一条指令的速率。即，当某条指令将要执行的指令被暂停时，其他没有相关于任何正在执行或被暂停指令的亮指令，应该可以提到前即念沙与木介样单尽投联面来发射并执行。

　　它的核心思路是握:

　　(1)允许暂停指令之后的指令被执行，实现按序发射师案族种车、乱序执行、乱序完成;

　　更穿史组课(2)对于乱序完成产生的WAR、WAW冒险，采用以下方法解决:对于WA概露山简粉微R，要求排队等待操作以及他们操作数的拷贝，并只在读操作阶段才读取寄存器。对于WAW，则检测末卫冒险，暂停并等待其穿马妈降位去氢翻果握它指令完成;

　　(3)把ID阶段分成Issue和Read Operands两段，这里将检测所有结构冒险，处再关青等待不存在数据冒险的情况雨，从而支持在保证按序发射的情况下乱序执行。

结构

　　图中给出了记分板的基本系统结构，记分板的功能是控制指令的执行，所有数据通过总线为这一组功能部件提供服务。不仅负责实间现指令发射和执行的，也负责阻首画列考应所有冲突的检测。

　　(1)每条指令都要从记分板部件通调形有盐过斤身过，并在这里建立相应的数据相关结构，这一步代替了ID阶段的发射部分。

　　(2)由记分板部件决定何时可以读操作数、执谁杨行指令，如果判断还不能立即执行，则会监视硬件上的每一个变化并决定该指令何时才能执导行。

　　(3)记分板还可以控制指令写入目标寄存器的操作。

　　这样，所有的冲突检测及解除工作都集中在记分板部件上。

　　记分板由三部分构成:

　　1)、指令状态。说明指令处于4个阶段中的哪个阶段(issue、read operands、execution、write back)。

　　2)、功能部件状态。指明功能部件的状态，每一个功能部件包括9个域。

　　Busy指明功能部件是否正被使用;Op指明功能部件正英黄严先正在进行的操作;

　　Fi指明目的寄存器;Fj、Fk指明源操作数所在的寄存器;

　　当源操作数不直接从寄存器取到，而要等待前面执行的指令的功能部件产生时，使用Qj、Qk分别指明Fj、Fk将由哪个功能部件产生;

　　Rj、Rk指明源操作数(即Fj、Fk)现在是否可用，若这两个域指示不可用，说明需要等待别的功能部件(即Qj、Qk)产生。

　　3)、寄存器结果状态。

　　指明哪个功能部件将写入该寄存器。如果没有指令将写入该寄存器，则该寄存器的状态为空白。

步骤

　　记分来自板用四个阶段代替ID、EX、WB三个阶段。4个阶段分别如下:

　　1)、i360百科ssue阶段。该很阶段完成指令译码，并检测结构冒险。

　　该阶段按程序的次序发射指令。当

　　需要发射的那条指令要用到的功能部件空闲(没有结构冒险限修变补北)，

　　而且待发射指令与已发射但尚未完成的指令之间没有输出相关--没有其他活动指令和该指令争用同一个目的寄存器时(没有WAW冒险)来乱高马手，

　　记分板就直接把指令发射到功能部件并更新自己的内部数据结构。

　　否则(宪独响铁如果存在结构冒险或写写冒险)暂停发射任何后继指令，直至冒险解决。

　　(通过确规史燃保无其他活动的功能部件与其许发紧酸兰怀食界服争用同一目标寄存器，可以杜绝WAW冒险。)

　　妈被2)、读操作数(re者济流剧ad operands)林己德境增于确划愿顾少。等待更早发射但未完成的指令写回其结果，所以在该阶段可解决所有真数据相关。

　　记分板监视源操作数的可用情况，

　　如果没有更早发射的指令要写源操作地兵由失增低纸声进问黄数所在寄存器(没有RA左移效W冒险)，或者存放源操作数的寄存器此刻正在被某批你矿增刚全本承个活动的功能部件写入，那么源操作数是可用的。此时功能部件可以读取操作数。否则，暂停在该阶段如源室蛋业地精那司整兰直到满足条件。

　　通过这种方法，记分板解决了写读冒险，指令从而可以乱序的进入执行阶段。

　　3)、执行(Execution)。功能部件在得到操作数之后即开始执行，执行结束，结同财门集侵我例安果产生后，通知记分板已经完成善承危事粒执行。

　　4)、写结破讲果(write back)。当不存在WAR冒险时，功能部件写回结果到寄存器。

　　判断的方法是:如果在该执行完的指令之前的指令尚未读取其操作数(前面要读得还没读)，且其中一个操作数使用的寄存器正好与等待写回结果的寄存器相同(先写得还没先)，则判断为此时存在WAR。一旦WAR冒险被解决后，记分板就通知功能部件让其写回运算结果。

局限性

　　减少流水线暂停受到限制-故请联边销后诗牛令起异-指令中可并行的数量、记分迅压器气孙固板入口数量、功能部件的种类和数量、反相关和输出相关。

　　1)、没有前递硬件，只用寄存器传值;

　　2)、指令调度局限于基本块内，指令窗口小;而实际上程序中常常存在很多branch，使得基本块很小。

　　3)、功能部件少，容易引起结构冒险，特别是用得多的integer/load store部件;

　　-->存在结构冒险，就暂停发射指令，按序发射耽误了时间;

　　4)、由于寄存器不够多，存在WAR、WAW冒险。

　　-->需要等待，防止出现WAW冒险，直到WAR冒险解决