流水线技术概念及计算

流水线技术

1.概念

流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。各种部件同时处理是针对不同指令而言的，它们可同时为多条指令的不同部分进行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度

取指 ——> 分析 ——> 执行

2.计算

• 流水线执行时长及周期

  流水线周期为执行时间最长的一段

  流水线计算公式为：

  1条指令执行时间+（指令条数—1）流水线周期

  ​ 理论公式：（t_^1^+t_^2^+……t_^k^）△t

  ​ 实践公式（k+n—1）△t（k表示分的部分数，n表示条数）

例：若指令流水线把一条指令分为取值、分析和执行，且三部分的时间分别是取值2ns,分析2ns，执行1ns。那么，流水线周期是多少？100条指令全部执行完需要多少时间？

流水线周期为：2ns

100条需耗时：

理论值：先算一条指令耗时：2ns+2ns+1ns=5ns

​ 5ns+（100—1）x2ns=203ns

实际值：（3+99）x2ns=204ns

• 流水线吞吐率计算

  流水线吞吐率（TP）是指在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量。

  计算流水线吞吐率的最基本的公式如下：
  

  流水线最大吞吐率：
  

• 流水线的加速比

  流水线加速比是指完成同一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比。

  基本公式如下：
  

• 流水线的效率

  流水线的效率是指流水线的设备利用率。在时空图上，流水线的效率定义为n个任务占用的时空区与与k个流水段总的时空区之比

  公式：

  意义：如何设计流水线
  

  如图：E=(（△t+△t+△t+3△t）x4)/(15△tx4)