Free will of Chenlin Shi

 基础概念  1. 流水线的结构本质上是增加更多的寄存器来提高指令的吞吐率，并以此来提高处理器的性能。  2. 流水线带来的加速比约等于流水线级数，5级流水线带来的加速比接近5（指令足够多时）。  3. 经典流水线的五个阶段：IF(取指)，ID（译码），EX（执行），MEM（访存（如有必要）），WB（写回（如有必要））。  4. 流水线时在顺序指令流中的指令间并行技术。   流水线冒险  1. 结构冒险：两个指令同时对一个资源进行使用时，容易出现结构冒险。     2. 数据冒险： 两个前后指令同时依赖一个数据，比如：                       add x19,x0,x1                      sub x2,x19,x3      此时，指令1的输出被指令2依赖，然后指令2进行译码阶段时，指令1还没有进行到WB阶段，寄存器的值还并没有刷新，指令2的计算结果就会出现问题。 3. 数据冒险解决办法： 增加旁路（bypassing）或前递（forwarding）。 这是指，在2的例子中，x19的新值是可以在EX阶段后将值直接传递给指令2的EX阶段之前（ID阶段之后），由于指令2比指令1慢一个阶段，bypassing可以刚刚好解决这个问题。 4. 流水线停顿（pipeline stall  俗称： bubble）： 虽然bypassing是很好的解决方案，但是这并不能避免所有的冒险。比如 ld指令取指一个值，然后一个紧跟的算术指令依赖这个被ld取的值，那么前递就无法解决问题。因为ld指令需要访存（MEM）阶段才能成功取值，此时后面的算术指令已经过了EX阶段，我们无法使用bypassing传递此时的值给第二条指令的ID阶段后，因为这是时光回溯（不可能的）。所以我们必须停顿流水线一个节拍后，那么对应的，第二条指令就会慢一拍，那么指令就刚执行到ID阶段后，此时，再使用bypassing，就可以解决问题。 5. 控制冒险：控制冒险是当遇到分支指令会发生的情况，所以也被叫做分支冒险。因为指令在完成IF阶段后，就会对PC进行运算，此时PC中的下一条指令已经进入流水线，但是很可能因为分支指令，这条指令其实是不该被运算的，那么就会出现冒险的情况。处理分支冒险比较复杂，简单的思路是，我们需要在ID阶段计算分支目标地址以及更新PC，所以这需要额外的资源，并

 汉明码是通过奇偶校验的方式对编码是否有错进行判断并纠正。  对于任一数据，首先需要将其改造为汉明码，即，预留，第01，10，100，1000（二进制）位等的数据。    然后比如，第110位，因为其位可以同时含有010和100，那么对应的第01和100位就需要记录对应位的值，并对所有记录的值进行奇偶性计算。比如，如果所有含有最后一位为1的位的数里，含有1的数量为奇数，那么第01位需要补一个1，使所有含有最后一位为1的位的数里的1的个数保持为偶数。以此类推，计算所有特殊位的值。计算有多少个1的数量是偶数还是奇数的过程可以通过xor来实现。    经过传递编码之后，现在需要对数字进行校验。    首先校验所有含有最后一位为1的位的数里1的数量的奇偶性。由于我们人工已经确保了这个值一定是偶数，如果出现奇数，则代表一定出现了错误。 以此类推，不断计算所有特殊位，如第10，100，1000，即倒数第二位为1，倒数第三位为1...等等。    假如，最后计算的结果是，倒数第一位为1的位的所有1的数量为奇数，且倒数第三位为1的的所有1的数量为奇数，其他都是偶数，那么发生错误的坐标可以直接计算出来：     第101位，即，汉明码的第5位。     这是因为实际上，我们利用二进制的加法，对原始数据进行了特殊处理，从而保证了所有奇偶校验位可以表达所有的位。 比如第8，4，2，1位的奇偶校验位可以表示直到汉明码的第15位。比如，第1111位，它实际含有四个1，所以他被这四个奇偶校验位全部追踪，有且只有它发生错误时，才会导致所有四位出现问题。实际上可以理解为，比如第1010位发生错误，由于它含有倒数第二位和倒数第四位的1，所以它被第8和第4位所检验的奇偶性包含。那么反过来，当8 4 两个奇偶性出问题时，这代表着所出现问题的数字一定是包含了1000和0010，即1010。 由于汉明码采取了正好是对应二进制数字每位的编码方式，如果其他位不出现奇偶性不出现问题，那么也证明所出现问题的位数一定不包含那些位。     这样的方法使得汉明码拥有一位纠错能力。     而实际上，我们还会使用最后多加的一位奇偶校验位来多验证一位。最后一位作为奇偶校验位时，如果只发生一位数字出错，那么由于奇偶性，可以检测，但是如果两位同时翻转，就无能为力了。     所以，将最后的奇偶校验位和汉明码结合一起就是，设最后