記分板

它通過使用硬體來支持指令級并行，從而能夠處理某些在編譯階段無法知道的相關關係（如涉及內存引用時），並簡化編譯設計；能夠允許一個流水線機器上編譯的指令，在另一個流水線上也能有效運行

記分板的目的是，在沒有資源衝突的前提下，使每條指令儘可能早的執行，以保持每一個時鐘周期執行一條指令的速率。即，當某條指令將要執行的指令被暫停時，其他沒有相關於任何正在執行或被暫停指令的指令，應該可以提到前面來發射並執行。

它的核心思路是：

（1）允許暫停指令之後的指令被執行，實現按序發射、亂序執行、亂序完成；

（2）對於亂序完成產生的WAR、WAW冒險，採用以下方法解決：對於WAR，要求排隊等待操作以及他們操作數的拷貝，並只在讀操作階段才讀取寄存器。對於WAW，則檢測冒險，暫停並等待其它指令完成；

（3）把ID階段分成Issue和Read Operands兩段，這裡將檢測所有結構冒險，等待不存在數據冒險的情況，從而支持在保證按序發射的情況下亂序執行。

圖中給出了記分板的基本系統結構，記分板的功能是控制指令的執行，所有數據通過匯流排為這一組功能部件提供服務。不僅負責實現指令發射和執行的，也負責所有衝突的檢測。

（1）每條指令都要從記分板部件通過，並在這裡建立相應的數據相關結構，這一步代替了ID階段的發射部分。

（2）由記分板部件決定何時可以讀操作數、執行指令，如果判斷還不能立即執行，則會監視硬體上的每一個變化並決定該指令何時才能執行。

（3）記分板還可以控制指令寫入目標寄存器的操作。

這樣，所有的衝突檢測及解除工作都集中在記分板部件上。

記分板由三部分構成：

1）、指令狀態。說明指令處於4個階段中的哪個階段（issue、read operands、execution、write back）。

2）、功能部件狀態。指明功能部件的狀態，每一個功能部件包括9個域。

Busy指明功能部件是否正被使用；Op指明功能部件正在進行的操作；

Fi指明目的寄存器；Fj、Fk指明源操作數所在的寄存器；

當源操作數不直接從寄存器取到，而要等待前面執行的指令的功能部件產生時，使用Qj、Qk分別指明Fj、Fk將由哪個功能部件產生；

Rj、Rk指明源操作數（即Fj、Fk）現在是否可用，若這兩個域指示不可用，說明需要等待別的功能部件（即Qj、Qk）產生。

3）、寄存器結果狀態。

指明哪個功能部件將寫入該寄存器。如果沒有指令將寫入該寄存器，則該寄存器的狀態為空白。

記分板用四個階段代替ID、EX、WB三個階段。4個階段分別如下：

1）、issue階段。該階段完成指令解碼，並檢測結構冒險。

該階段按程序的次序發射指令。當

需要發射的那條指令要用到的功能部件空閑（沒有結構冒險），

而且待發射指令與已發射但尚未完成的指令之間沒有輸出相關——沒有其他活動指令和該指令爭用同一個目的寄存器時（沒有WAW冒險），

記分板就直接把指令發射到功能部件並更新自己的內部數據結構。

否則（如果存在結構冒險或寫寫冒險）暫停發射任何後繼指令，直至冒險解決。

（通過確保無其他活動的功能部件與其爭用同一目標寄存器，可以杜絕WAW冒險。）

2）、讀操作數（read operands）。等待更早發射但未完成的指令寫回其結果，所以在該階段可解決所有真數據相關。

記分板監視源操作數的可用情況，

如果沒有更早發射的指令要寫源操作數所在寄存器（沒有RAW冒險），或者存放源操作數的寄存器此刻正在被某個活動的功能部件寫入，那麼源操作數是可用的。此時功能部件可以讀取操作數。否則，暫停在該階段直到滿足條件。

通過這種方法，記分板解決了寫讀冒險，指令從而可以亂序的進入執行階段。

3）、執行（Execution）。功能部件在得到操作數之後即開始執行，執行結束，結果產生后，通知記分板已經完成執行。

4）、寫結果（write back）。當不存在WAR冒險時，功能部件寫回結果到寄存器。

判斷的方法是：如果在該執行完的指令之前的指令尚未讀取其操作數（前面要讀得還沒讀），且其中一個操作數使用的寄存器正好與等待寫回結果的寄存器相同（先寫得還沒先），則判斷為此時存在WAR。一旦WAR冒險被解決后，記分板就通知功能部件讓其寫回運算結果。

減少流水線暫停受到限制——指令中可并行的數量、記分板入口數量、功能部件的種類和數量、反相關和輸出相關。

1）、沒有前遞硬體，只用寄存器傳值；

2）、指令調度局限於基本塊內，指令窗口小；而實際上程序中常常存在很多branch，使得基本塊很小。

3）、功能部件少，容易引起結構冒險，特別是用得多的integer/load store部件；

——>存在結構冒險，就暫停發射指令，按序發射耽誤了時間；

4）、由於寄存器不夠多，存在WAR、WAW冒險。

——>需要等待，防止出現WAW冒險，直到WAR冒險解決