cpu - 流水线处理器中时钟寄存器的用途是什么

Question

您好，我正在阅读一本描述 CPU 流水线设计的教科书。我不明白为什么我们还需要时钟寄存器？例如，如下图所示:

如果我们能把三个寄存器都去掉，就可以节省60ps，因为我们只需要处理器继续执行指令，所以当一个梳状逻辑结束，就是下一条指令开始执行的时候，为什么我们需要时钟周期来手动控制开始执行指令？

Answer 1

您可以通过想象闩锁被移除来开始理解闩锁的必要性。

秘诀在于认识到每个 block 需要 100 皮秒才能产生有效结果。在那之前，输出是无效的，也就是垃圾，而不是你想象的那样，以前的结果。请记住，这些是没有内存的组合 block 。

现在假设我们每 100 皮秒将新数据放入 block A 的输入中。

输出会是什么样子？一旦新数据呈现给输入，该 block 的输出就无效了。这意味着 block B 的输入无效，并且在输入有效之前无法开始处理数据。

现在 100 皮秒后，Block A 发出有效数据，Block B 终于可以开始了。但是不， block A 的输入发生变化， block B 再次具有无效输入。通过所有三个 block 获得有效结果的唯一方法是在通过所有三个 block 所需的全部 300 皮秒内保持输入有效。

有了锁存器，每个 block 的有效结果都被锁存起来，不会随着输入的变化而改变。因此，我们可以每 100 + 20 皮秒而不是每 300 皮秒呈现一次新数据。或者，使用流水线锁存器，电路运行速度提高 2.5 倍。