graph TB
RAM-->MEM_CTRL
HCI<-->MEM_CTRL
subgraph CPU
MEM_CTRL<-->I_CACHE
MEM_CTRL<-->LSB
I_CACHE<-->IF
IF<-->RF
IF<-->ROB
IF<-->LSB
IF-->RS
ALU1,ALU2-->IF
PRED-->IF
RS-->ALU1,ALU2
ALU1,ALU2-->LSB
ALU1,ALU2-->ROB
ROB-->RF
ROB-->PRED
LSB<-->ROB
LSB-->RS
end
CPU内设置2个ALU模块。对于每个ALU模块，接收到来自RS的计算请求后，可以在一个周期内完成计算，并将运算结果向RS，LSB，ROB，IF进行广播。
CPU内设置1个RS模块。RS共有16行。计算类指令发射后进入RS，计算资源准备完毕后即向ALU发送、并将指令从RS中释放。RS接收来自ALU,LSB的数据以对等待指令的计算资源进行更新。利用组合逻辑，二分接线，指示RS的空闲行和可计算行。
CPU内设置1个RF模块。RF统一管理32个通用寄存器的操作。RF记录管理每个指令对应的ROB-tag，并在指令发射时进行tag传递、指令提交时进行tag消除。
CPU内设置1个ROB模块。ROB为16行的循环队列。指令发射后进入ROB队尾，实现指令提交的保序性。指令发射时，ROB向IF提供相关的数据信息，以实现数据的forwarding。ROB接收来自ALU,LSB的信息以实现对指令状态的更新。由于所有相关数据均已提前fowarding，因此指令提交时不再向RS，LSB中广播。
CPU内设置1个LSB模块。LSB为16行的循环队列。 内存指令发射后进入LSB队尾，实现内存访问的保序性。LSB接收来自ALU的广播，ROB的提交信号以对等待指令的计算资源与状态进行更新。LSB与MEM_CTRL进行双向信号沟通以实现对内存的读写。对于IO写，LSB的操作基本与LOAD一致；对于IO读，LSB将等待至指令到ROB队头，以防分支预测错误时对输入流进行错误修改。LSB内置一个加法单元，实现对地址偏移量的计算，承担部分RS功能。
CPU内设置1个MEM_CTRL模块。MEM_CTRL统一管理CPU对RAM的读写操作。MEM_CTRL接收来自I_CACHE的读指令请求和来自LSB的内存读写请求，并将请求向RAM发送。RAM处理完毕后，将资源返回给对应模块。MEM_CTRL采用状态机来实现管理。
CPU内设置1个I_CACHE模块。I_CACHE共有256行，每行承载2条指令(64bit)。I_CACHE接收来自IF的读指令请求，并在命中时在一周期内返回(采用组合逻辑)。对于未命中的地址，I_CACHE将会向MEM_CTRL发送请求，并在收到结果后更新数据行。
CPU内设置1个IF模块。IF实现对指令的解码与发射。IF接收来自ROB，LSB，ALU，RF的信息，实现数据的forwarding，防止遗漏的情况(因为所有数据均仅广播一 次)。当I_CACHE命中时，IF能在一周期内实现指令的解码与发射，并可以进行连续的指令发射。
CPU内设置1个PRED模块。PRED实现对BR指令的分支预测。PRED共有64个二位饱和计数器，利用指令地址进行hash。
...
109c: fff44783 lbu a5,-1(s0)
10a0: fff40413 addi s0,s0,-1
...
如图所示，光标所在时刻，位于ROB队头(front=3)的是地址109c的lbu指令，它正在等待load完毕。然而，此时，在其后的地址10a0的addi指令(ROB_index=4)已经在ALU1中计算完毕，并向ROB中广播。由此，可以说明addi指令在lbu指令之前完成，证明乱序执行。
| 测试点 | 时间(s) |
|---|---|
| array_test1 | 0.006492 |
| array_test2 | 0.009016 |
| basicopt1 | 0.012653 |
| bulgarian | 1.662029 |
| expr | 0.004840 |
| gcd | 0.005465 |
| hanoi | 3.372278 |
| heart | 390.999594 |
| looper | 0.008617 |
| lvalue2 | 0.002872 |
| magic | 0.027083 |
| manyarguments | 0.008485 |
| multiarray | 0.019463 |
| pi | 1.462610 |
| qsort | 6.483206 |
| queens | 3.135352 |
| statement_test | 0.010146 |
| superloop | 0.015181 |
| tak | 0.047645 |
| testsleep | 7.009583 |
| uartboom | 0.782057 |
注：对于tak/superloop，每次运行前需要重新烧录，否则有小概率会发生结果错误