VC33的流水线操作透析

VC33有两个特点：流水线操作、并发I/O和CPU操作。

流水线操作是体现VC33高性能的主要特征。任何一条指令都要经过取指令、译码、读操作数、执行等4个过程，对同一条指令不能同时进行上述4个过程的操作，但可以对不同的指令同时进行这4种操作，即每一个CPU周期中，有4条指令分别处于取指令、译码、读操作数和执行阶段。这种作业方式就称为流水线操作。流水线作业不仅提高了运算和处理速度，同时也减少了总线拥挤的现象，提高了CPU的吞吐量。

VC33流水线结构的四个主要单元和他们的功能如下：

（1）取指令单元（F）：从寄存器中取指令字并更新程序计数器（PC）。

（2）译码单元（D）：译码指令字并产生地址。而且，在间接寻址中译码单元控制ARn寄存器的修改，当发生栈操作时（PUSH/POP）修改栈指针。

（3）读操作数单元（R）：从存储器或寄存器中读操作数。

（4）执行单元（E）：从存储器或寄存器中读出操作数后，执行相应的操作，并向目的地址写结果。

上面这个图说明了流水线的结构，其中X、Y、W、Z代表具体的指令。我们从图中可以看出，在第m个周期，这四个阶段完全处于并行状态，即完全重叠在一起，从而进入了正常的流水线作业过程。

流水线操作中，DMA可能也要工作，这时，优先级顺序由高到低为：执行、读操作数、译码、取指令、DMA。尽管DMA控制器的优先级最低，但可以通过合适的数据结构使DMA与CPU的冲突最少甚至消除，这时因为DMA有它自己的数据和地址线。

我们可以看到，流水线操作真正工作是在第m个周期，即完全重叠。但是如果遇到了跳转和资源竞争等特殊情况，那么流水线操作就有可能不能完全处于重叠，这种冲突往往导致一个或几个CPU周期中没有任何一条指令处于被执行的状态。