流水线中的三种冒险
ISA指令的实现会包含阻碍流水线的因素，使程序不能完全流水式执行。上图给出了在5段流水线的机器中，指令“完全”流水执行和流水线被阻碍时的对比。这种为保证正确执行，而在流水线中插入的停顿称为气泡。可以发现如果在一个指令中插入了1个气泡，那么这个指令之后的步骤都会被推迟1个时钟周期，更糟糕的是这些步骤被推迟1个周期会导致相应硬件的占用被推迟1个周期，导致后面的指令也要相继推迟才能占用这些硬件。也就是1个气泡可能导致该指令后的所有指令晚1个周期结束。
阻碍流水线的因素被称为冒险(Hazard,和电路的冒险不是同个概念)。冒险可分如下几类：
1) 结构冒险：同时抢占同一硬件资源导致的。比如在一个周期里同时fetch内存；
2) 数据冒险：又称为相关，数据的前后依赖关系导致的。比如前面MIC-3讨论过微指令间的写后读相关，因为是在同一条指令内的相关，所以也比较容易直接解决。进入流水线的ISA指令间也有相关，比如在流水线中的2条指令，上条指令的数据在周期i尚未产生，但下条指令在周期i依赖该数据；
3) 控制冒险：之后执行哪条指令由之前的指令来决定，但之前的指令还没有结果时所导致的。比如条件跳转指令，可以发现在MIC-4中，条件跳转指令只有走到流水线很深的地方才知道是否会跳转(也就是下一个指令是谁)，但此时该条件跳转指令后紧接着的若干个指令可能早已进入流水线。这种情况很难处理也很影响性能，流水线级数越长，需要的气泡(周期)就越多；
实际中的CPU有冒险检测机制。发现冒险时，最基本的方法就是插入气泡(阻塞)，但这会浪费周期，并让流水线滞后。还有一些更复杂的方法，能通过额外硬件减少这些浪费，后面会讨论。