管線暫存器（pipeline register）

在真實的裝配線上，半成品汽車從一站滾到下一站時，會放在一台推車上，車上載著下一位工人需要的一切——底盤、已鎖上的螺栓、工單。管線暫存器就是那台推車。它是一組正反器，坐落在兩個管線階段之間，每次時脈跳動就在指令越過邊界時把它的狀態拍照存下，好讓下一階段一到就找到它需要的東西在等著。

為什麼非要這個不可？因為五個階段同時運轉，各處理不同的指令。解碼階段正在為指令 3 讀暫存器，而執行階段正在用上一週期為指令 2 解出的運算元。若沒有一個暫存器保存指令 2 的運算元，指令 3 剛讀出的值就會衝進來破壞指令 2 的工作。管線暫存器——以它們所夾的階段命名，如 IF/ID、ID/EX、EX/MEM、MEM/WB——給每條指令一組私有、隨它步調一致移動的攜帶值，每個時脈走一階。它們保存運算元、算出的結果、控制訊號，甚至指令的目的暫存器編號。

管線暫存器是你為重疊付出的小代價。它們在每個階段加上一點點延遲（建立時間與時脈到輸出的時間），這就是為什麼管線化指令的延遲比非管線版略差。它們也迫使每個階段都得佔用一整個時脈週期，即使其真正的工作較短。但少了它們，裝配線會一團混亂——正是它們讓重疊的指令真正能運作。