【1.4计算机组成与体系结构】流水线技术

1.流水线的定义

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

9ms变为了5ms，时间压缩了一半左右。

2.相关参数计算

流水线周期为执行时间最长的一段

2.1 流水线计算公式

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: (t₁+t₂…+t_k )+(n-1)*t
实践公式: k * t+(n-1)*t

理论公式：（3+2+4）+（10-1） * 4=45
实践公式：3 * 4+(10-1)*4 =48

2.2 流水线的吞吐率

吞吐率：
TP=指令条数/流水线执行时间

流水线的吞吐率 (Through 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。

流水线最大吞吐率：
TP_max=1/t

吞吐率：10/45
最大吞吐率：1/4

2.3 流水线加速比计算

完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比称为流水线的加速比。

加速比计算公式：
S=不使用流水线执行时间 / 使用流水线执行时间

最大吞吐率为：1/3
加速比为：90/36=5/2

3.超标量流水线

超标量流水线指的是在标准状态下，一个处理器含一条指令流水线，超标量就是一个处理器中有多条指令流水线。（度为n就意味着有n组设备）

流水线周期为：4；执行需要（3+2+4）+（10-1）*4=45；
度为2：（3+2+4）+（5-1）*4=25； （10/2=5）
度为3：（3+2+4）+（4-1）*4=21； （10/3=4向上取整）