本文介绍的RISC CPU对搬运指令的处理办法，为5级流水线作业，别离是取指、译码、履行、访存、回写，对搬运指令的处理在取指级和译码级完结；译码级给出搬运指令所包括的详细信息，取指级包括有地址核算单元，搬运方针Cache (BTC)，跳转判别单元等。对搬运指令的处理运用了延时跳转、2BC以及BTC办法。
1 搬运指令的原理
该RISC CPU的指令会集包括有条件搬运指令和非条件搬运指令。一切的搬运指令均运用延时搬运，每条搬运指令后边跟从一条延时槽指令;选用2BC猜测条件搬运是否跳转，而BTC则保存搬运方针为固定地址的搬运指令履行后的信息。以下别离介绍在该RISC CPU规划中搬运指令的规划以及延时搬运、BTC、2BC的详细完成办法。
2 搬运指令类型及格局
该RISC CPU的指令会集包括条件搬运指令(BCC)和非条件搬运指令(CALL和RET)，其编码格局为图1所示。CALL指令包括2位的操作码和30位的肯定地址。BCC指令包括8位操作码， 4位条件码(Condition Code)，19位偏移量以及1位用来区别指令是否带A参数(即ANNUL操作)。一切的BCC指令运用相同的操作码，不同的BCC指令用条件码来区别，共有16类BCC指令；偏移量为带符号数，在低位用00扩展后能够对±220的相对地址寻址。RET指令包括8位的操作码和两个5位的寄存器地址。
3 2BC的效果及作业原理
因为搬运指令履行一次之后，搬运方针地址、延时槽指令都保存在BTC中了，当该指令再次履行时，这些信息就直接从Cache读出，因而在取指级就能够得到跳转方针地址和延时槽指令。关于非条件搬运指令，跳转总是履行，因而BTC射中时就能够直接决议下一条指令的地址为搬运方针地址，而当时周期DI被送到指令总线上；但关于条件搬运指令，跳转与否是依据条件码和ALU的标志位来决议的。假如搬运指令前面一条指令的履行成果改动标志位，而当BTC射中时该指令还在译码级，则跳转与否需求等候一个时钟周期才干决议。为了防止因为等候而形成流水线的中止，选用2BC当时的状况猜测跳转是否履行，在接下来的时钟周期，标志位有用之后，再查看猜测是否正确，假如不正确，就进行更正。当猜测精确时，选用2BC 与BTC能够使搬运指令的履行时间缩短一个周期。即便猜测不精确，与不选用猜测比较也不会有丢失。2BC的作业原理如图2所示，初始值为Nx(第一次不跳转履行)或Tx(第一次跳转履行)，t表明跳转履行，n表明跳转不履行。当HI为N或Nx时，猜测跳转不产生；当HI为T或Tx时，猜测跳转产生。
4 BTC射中
在取指周期开始时假如发现当时取指地址包括在BTC的TAG中，而且对应行的VI也有用，则以为BTC射中，然后发动射中使命：读出射中行的数据，把DI送到指令总线，假如是CALL指令，搬运方针地址作为下一条指令的地址；假如是BCC指令则需求判别跳转是否产生：当标志位有用时，依据条件码与标志位判别，不然依据HI进行猜测，然后确认下一条指令的地址：跳转时为搬运方针地址，不跳转为PC+2。关于带A参数的BCC指令，在跳转不履行时，要制止DI鄙人一时钟进入译码级。BTC射中的流程如图3。
5 BTC查看
假如前一周期BTC射中，则在当时周期开始时发动BTC查看使命；假如前一周期BTC是依据HI猜测BCC的跳转，那么在当时时钟标志位有用后，要从头判别跳转决议是否正确，假如不正确就要进行更正，给出正确的取指地址，恳求鄙人一时钟制止译码级或履行级。一起还要依据终究的跳转状况和HI的更新算法更新HI。BTC查看的流程图如图4。
6 定论
整个RISC CPU用Verilog HDL言语进行了描绘，并针对规范程序进行了仿真，仿真成果表明，选用上述办法处理搬运指令能够明显提高流水线的吞吐率。因为在搬运指令后边插入了延时槽指令，搬运指令的履行与程序次序履行时完全相同；BTC的运用虽然在硬件上增加了一些开支，但使搬运指令再次履行时根本不占用流水线资源，大大提高了CPU的功率。
