第5章笔记：处理器怎样执行指令

本章要解决的问题

沿程序真实运行路径学习处理器怎样执行指令，始终区分抽象接口、实现状态和可观测证据。 本章七课是一条连续推理链，不是七个标题。先确定上一课输出怎样成为下一课输入，再记录对象、事件、状态和证据。

七课连接

• 取指—译码—执行闭环：关系 PC\to IR\to state'；练习为为《取指—译码—执行闭环》构造一条最短可运行轨迹，逐步记录输入状态、系统动作和输出状态，并用关系 PC\to IR\to state' 复算关键量；边界为不能把《取指—译码—执行闭环》在语言、ABI、ISA、微体系结构、内核或设备层的对象混成一个‘系统自动完成’，必须声明位宽、权限、时序和失败后的可见状态；连接说明：承接前一课的状态或契约；本节结果会进入《ALU、寄存器与控制信号》。
• ALU、寄存器与控制信号：关系 control\ selects\ datapath；练习为为《ALU、寄存器与控制信号》构造一条最短可运行轨迹，逐步记录输入状态、系统动作和输出状态，并用关系 control\ selects\ datapath 复算关键量；边界为不能把《ALU、寄存器与控制信号》在语言、ABI、ISA、微体系结构、内核或设备层的对象混成一个‘系统自动完成’，必须声明位宽、权限、时序和失败后的可见状态；连接说明：承接前一课的状态或契约；本节结果会进入《单周期与多周期》。
• 单周期与多周期：关系 latency=critical\ path；练习为为《单周期与多周期》构造一条最短可运行轨迹，逐步记录输入状态、系统动作和输出状态，并用关系 latency=critical\ path 复算关键量；边界为不能把《单周期与多周期》在语言、ABI、ISA、微体系结构、内核或设备层的对象混成一个‘系统自动完成’，必须声明位宽、权限、时序和失败后的可见状态；连接说明：承接前一课的状态或契约；本节结果会进入《流水线吞吐与延迟》。
• 流水线吞吐与延迟：关系 throughput\ne latency；练习为为《流水线吞吐与延迟》构造一条最短可运行轨迹，逐步记录输入状态、系统动作和输出状态，并用关系 throughput\ne latency 复算关键量；边界为不能把《流水线吞吐与延迟》在语言、ABI、ISA、微体系结构、内核或设备层的对象混成一个‘系统自动完成’，必须声明位宽、权限、时序和失败后的可见状态；连接说明：承接前一课的状态或契约；本节结果会进入《数据/控制冒险》。
• 数据/控制冒险：关系 RAW,WAR,WAW,control；练习为为《数据/控制冒险》构造一条最短可运行轨迹，逐步记录输入状态、系统动作和输出状态，并用关系 RAW,WAR,WAW,control 复算关键量；边界为不能把《数据/控制冒险》在语言、ABI、ISA、微体系结构、内核或设备层的对象混成一个‘系统自动完成’，必须声明位宽、权限、时序和失败后的可见状态；连接说明：承接前一课的状态或契约；本节结果会进入《预测、乱序与精确异常》。
• 预测、乱序与精确异常：关系 retire\ in\ order；练习为为《预测、乱序与精确异常》构造一条最短可运行轨迹，逐步记录输入状态、系统动作和输出状态，并用关系 retire\ in\ order 复算关键量；边界为不能把《预测、乱序与精确异常》在语言、ABI、ISA、微体系结构、内核或设备层的对象混成一个‘系统自动完成’，必须声明位宽、权限、时序和失败后的可见状态；连接说明：承接前一课的状态或契约；本节结果会进入《流水线轨迹实验》。
• 流水线轨迹实验：关系 cycles=ideal+stalls+flushes；练习为为《流水线轨迹实验》构造一条最短可运行轨迹，逐步记录输入状态、系统动作和输出状态，并用关系 cycles=ideal+stalls+flushes 复算关键量；边界为不能把《流水线轨迹实验》在语言、ABI、ISA、微体系结构、内核或设备层的对象混成一个‘系统自动完成’，必须声明位宽、权限、时序和失败后的可见状态；连接说明：承接前一课的状态或契约；本节结果会进入《局部性为什么有效》。

章内学习法

先闭卷画一条最短执行轨迹，再为每个箭头标主体和所属层；随后逐式复算，运行本章代码实验四组测试，并增加一个越界、权限、冲突、乱序或故障输入。只要实际值与模型不同，就保存首个偏差，不用后续噪声替代根因。

错题与复习

把错误归入分层混淆、位宽/单位、状态跳步、事件顺序、权限遗漏、并发交错、故障恢复或观察窗八类。一周后更换参数重做阶段卷；能向同学从现象讲到机制、公式、实验和边界，才算学会。