冒险和预测（一）
- 1. 结构冒险
- 2. 数据冒险
- 参考
1. 结构冒险
结构冒险本质上是一个硬件层面的资源竞争问题，也就是一个硬件电路层面的问题。
CPU 在同一个时钟周期内，同时在运行两条计算机指令的不同阶段，但这两个不同阶段可能会用到同样的硬件电路。
经典例子就是内存的数据访问。访存和取指令，都可能要进行内存数据的读取。而内存只有一个地址译码器作为地址输入，即只能在一个时钟周期内读取一条数据，没办法同时执行读取内存数据和读取指令代码。
解决方案：增加资源。对于访问内存数据和取指令的冲突，一个直观的解决方案就是把内存分成两部分，让它们各有各的地址译码器。这两部分分别是存放指令的程序内存和存放数据的数据内存（哈佛架构）。
我们今天使用的 CPU，仍然是冯·诺依曼体系结构的，并没有把内存拆成程序内存和数据内存这两部分。因为如果那样拆的话，对程序指令和数据需要的内存空间，我们就没有办法根据实际的应用去动态分配了。虽然解决了资源冲突的问题，但是也失去了灵活性。
现代的 CPU 虽然没有在内存层面进行对应的拆分，却在 CPU 内部的高速缓存部分进行了区分，把高速缓存分成了指令缓存（Instruction Cache）和数据缓存（Data Cache）两部分。
2. 数据冒险
数据冒险分为三种依赖关系：
- 先写后读（Read After Write）。一般称为数据依赖，即前面的数据没有写入，后面不能读取数据。
- 写读后写（Write After Read）。一般称为反依赖，即前面的数据必须先被读取，如果先写会改变数据的一致性。
- 写后再读（Write After Write）。一般叫做输出依赖，即前面的数据必须更新完，后面才能读取新数据。
常用解决办法：
可以通过“等待”，也就是插入无效的 NOP 操作的方式，来解决冒险问题。这就是所谓的流水线停顿。流水线停顿这样的解决方案，是以牺牲 CPU 性能为代价的。因为，实际上在最差的情况下，流水线架构的 CPU 又会退化成单指令周期的 CPU 了。
参考
极客时间《深入浅出计算机组成原理》
