记分牌算法
在一个顺序执行的流水线中，每条指令依次发射，且每个流水阶段只有一条指令在运行。这种顺序执行方式存在一个问题：当前一条指令执行周期数较长时（如乘除法指令是加法指令的几十倍、访存指令缓存不命中），后面指令都将停等，尽管它们和前一条指令不存在数据冒险。为了降低这种性能损失，乱序执行的处理器被设计出来。
在乱序执行中，CPU会将指令分为多个微操作（Micro-operations），并将这些微操作按照指令之间的依赖关系进行调度，以最大化地利用CPU的执行单元。这样可以让CPU在等待某些资源时，可以继续执行其他指令，从而提高CPU的利用率和性能。
记分牌实际上是一个信息存储单元，它负责记录指令状态、运算功能单元状态和寄存器结果状态，在ID流水段CPU依据这些状态信息检查结构冒险和数据冒险，以此判断是否发射当前指令。
一个功能单元通常表现为如下形式
有9个字段表示每一个部件的状态：
busy：指示该单元是否繁忙Op：该单元正在进行的运算类型Fi：运算结果的目标寄存器Fj、Fk：源寄存器Rj、Rk：指示源寄存器Fj、Fk是否准备就绪但尚未读取。在读取操作数后设置为“yes”Qj、Qk：如果源寄存器Fj、Fk没有准备就绪，那生成它们的值的部件
一个寄存器结果状态通常表现为如下形式：
如果一条活动指令以该寄存器为目标寄存器，则指出哪个功能单元将写入每个寄存器。只要没有向该寄存器写入的未完成指令，则将该字段设置为空。
乱序流水线工作步骤
为了检查指令之间的结构冒险和数据冒险，需要将ID阶段拆成发射和读取操作数两个阶段，以下四个阶段代替了标准RISCV流水线中的ID、EX和WB步骤：
- 发射：如果指令的一个功能单元空闲（功能部件状态的
busy字段），且没有其它活动指令以同一寄存器为目标寄存器（目标寄存器状态是否为空），则记分牌向功能单元发射指令，并更新指令状态。该步骤能解决结构冒险和WRW冒险。 - 读取操作数：如果不存在检查活动指令写入源寄存器（
Rj和Rk字段为yes），记分牌将该指令发送到功能部件（Rj和Rk字段标记为no）。该步骤能解决RAW冒险。 - 执行：功能单元开始执行对应操作，更新功能单元状态。当结果就绪后，通知记分牌。
- 写结果：当其它活动指令不需要读取当前计算结果即将写入的寄存器，写回寄存器，并清空该条指令在记分牌记录的状态，同时修改以该指令目标寄存器作为源操作数的指令的
Rj和Rk字段。该步骤能解决WAR冒险。
案例演示
下文演示一个简单的记分牌算法下多条指令乱序执行的案例。
Circle 1
检查记分牌状态，功能部件状态和寄存器状态均为空，第一条指令发射。
- 更新结构状态：该指令issue步骤在第 1 个周期执行
- 更新功能部件状态：Interger部件开始忙碌，执行load操作，目标寄存器
Fi为F6，源寄存器Fk为R2，且R2准备就绪，Rk标记为yes - 更新寄存器状态：
F6寄存器即将被Integer部件的结果写入
Cirlce 2
第一条LD指令进入读操作数步骤，记分牌检查Integer部件非空闲，第二条LD指令不发射。
Circle 3
第一条LD指令进入执行步骤，将Rk标记为no，表示源寄存器Fk读取完成。由第二条LD指令阻塞发射，因此后续的所有指令都无法发射。
Circle 4
第一条LD指令进入写回步骤，将存储器输出值写回寄存器堆，并且清空记分牌。
Circle 5
检查记分牌状态，Integer部件空闲，寄存器状态中F2字段为空，第二条LD指令发射。
- 更新结构状态：该指令issue步骤在第 5 个周期执行
- 更新功能部件状态：Interger部件开始忙碌，执行load操作，目标寄存器
Fi为F2，源寄存器Fk为R3，且R2准备就绪，Rk标记为yes - 更新寄存器状态：
F2寄存器即将被Integer部件的结果写入
Circle 6
当前没有活动指令将要写入源寄存器R3, 第二条LD指令进入读操作数阶段。
检查记分牌状态，Multi部件空闲，寄存器状态中F0字段为空，MULTD指令发射。
- 更新结构状态：
MULTD指令issue步骤在第 6 个周期执行 - 更新功能部件状态：Multi1部件忙碌，执行Multi操作，目标寄存器
Fi为F0，源寄存器Fj和Fk为F2和F4，检查寄存器状态，此时源寄存器Fj没有准备就绪，有活动指令将从Integer部件写入，标记Qj - 更新寄存器状态：
F0即将被Multi1部件写入
Circle 7
第二条LD进入执行步骤，将Rk标记为no，表示源寄存器Fk读取完成。MULTD指令的Rj为no，表示源寄存器Fj未准备就绪，无法进入读操作数步骤。
检查记分牌状态，Add部件空闲，寄存器状态中F8字段为空，SUBD指令发射。
- 更新结构状态：
SUBD指令issue步骤在第 7 个周期执行 - 更新功能部件状态：Add部件忙碌，执行Sub操作，目标寄存器
Fi为F8，源寄存器Fj和Fk为F6和F2，检查寄存器状态，此时源寄存器Fk没有准备就绪，有活动指令将从Integer部件写入，标记Qk - 更新寄存器状态：
F8即将被Add部件写入
Circle 8
第 8 个周期分为前后半个周期分别分析。
在前半个周期，Divide部件空闲，寄存器状态中F10为空，DIVD指令发射。
- 更新结构状态：
DIVD指令issue步骤在第 8 个周期执行 - 更新功能部件状态：Multi1部件忙碌，执行Multi操作，目标寄存器
Fi为F10，源寄存器Fj和Fk为F0和F6，检查寄存器状态，此时源寄存器Fj没有准备就绪，有活动指令将从Integer部件写入，标记Qj - 更新寄存器状态：
F10即将被Multi1部件写入
在后半个周期，第二条指令执行写回步骤，清空它在记分牌中的状态信息，此时寄存器F2已准备就绪，更改功能部件状态中MULTD指令的Qj、Rj字段，SUBD指令的Qk、Rk字段。
Circle 9
MULTD指令和SUBD指令的源寄存器均已准备就绪且尚未读取，两条指令都进入读操作数步骤。由于Add部件非空闲，ADDD指令不能发射。
后面的步骤都相似，有时间再慢慢补充。下面是执行完这6条指令记分牌状态：
Circle 62
