MIPS延迟槽技术

先放一张原始的MIPS流水线图，图片来自雷思磊的《自己动手写CPU》

目前流水线是按顺序执行，没有加入跳转语句的数据通路，假设我们在**“执行阶段”**才知道比较跳转指令beq需要跳转，那么此时已经在取指、译码的两条指令会无效，下一个时钟周期需要把它们清空，于是流水线出现两个周期的气泡。跳转前的状态如下：

······
beq $t1,$t2,label  #执行阶段
ori $3,$3,0x8      #译码阶段，下一刻清空
ori $3,$3,0x9      #取指阶段，下一刻清空
······
label:
or $4,$9,$0       #下一刻取指
······

为了提高流水线的效率，避免气泡，MIPS的架构做了两个改进： 1、分支指令的判断提前到译码阶段，一部分比较逻辑在译码时完成，而不用等到执行阶段。这样可以少一个气泡。 2、索性不清空取指阶段指令，让它继续执行，反正下一个指令是跳转指令，只要有个标记知道它是“多出”的指令，称为“延迟槽指令”。所以把转移指令后面的指令位置称为“延迟槽”。这样流水线就没有气泡了。

如果指令不跳转，那么正好执行下一条；如果跳转指令不久又跳回来，那么从原来跳转指令下两条开始执行，比如上面的ori $3,$3,0x9，如果不跳回来，那么相当于白运算了一次，总体上看，还是很划算的。修改后的跳转前状态：

······
beq $t1,$t2,label  #译码阶段就可判断
ori $3,$3,0x8      #取指阶段，下一刻译码
ori $3,$3,0x9      #如果跳回来，这里开始取指
······
label:
or $4,$9,$0       #下一刻取指
······

具体实现增加的数据通路如下：

细节还得参看verilog代码，先有个大概轮廓吧。