软件设计师学习笔记5-流水线技术

目录

1.流水线的概念

2.流水线计算

2.1流水线周期及执行时间

2.2流水线吞吐量

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1.流水线的概念

考点：相关参数计算：流水线执行时间计算、流水线吞吐率、流水线加速比、流水线效率(后两者的计算中级不考)

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。图解如下：

该图片来自希赛软考

(1)第一部分：这个程序的执行包含取指、分析、执行三个过程，每个过程各执行一秒

(2)第二部分：展示了该程序串行处理实现技术的情况

(3)第三部分：将第二部分的运行情况画入了时空图

(4)第四部分：在时空图中展示流水线的准并行处理实现技术

至于并行处理技术就是几个程序齐头并进，以此图为例，当1取指时，2、3也同时取指

2.流水线计算

2.1流水线周期及执行时间

(1)流水线周期：程序执行时间最长的一段

举个例子：程序包含取指(1 ms)、分析(2 ms)、执行(4 ms)三个过程，那么周期为4 ms

(2)流水线执行时间计算公式：1条指令执行的时间+(指令数-1)*流水线周期

注：k表示过程数，t表示流水线周期

①理论公式：(t1 + t2 + .... + tk) + (n - 1) * t

②实际公式：k * t + (n - 1) * t

注：默认使用理论公式，当选项找不到理论公式计算的结果才使用实际公式

2.2流水线吞吐率

(1)流水线的吞吐率(Though Put rate，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：

其中流水线执行时间为理论公式

(2)流水线最大吞吐率：

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