流水线

流水线的定义：

是指在执行多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术，各种部件同时处理时针对不同的指令而言的，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。

流水线的周期、计算：

流水线周期：为执行时间最长的一段

流水线的计算公式为：

1条指令的执行时间 +（指令条数-1）×流水线周期

①理论公式：（t1+t2+.....tk）+（n-1）×▲t

②实践公式：（k+n-1）×▲t

流水线的计算公式为：

例：若指令流水线把一条指令分为：取指、分析和执行三个部分，且三部分的时间分别是取指2ns、分析2ns、执行1ns。那么流水线周期是多少？100条指令全部执行完毕需要的时间是多少？

答：流水线周期为：2ns

100条指令全部执行完毕需要的时间为（即流水线执行时间）：

①理论公式：2ns+2ns+1ns+（100-1）×2ns=203ns；

②实践公式：（2ns+2ns+2ns+100-1）×2ns=204ns；

流水线--吞吐率（TP）的计算

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。计算公式如下：

TP=指令条数/流水线执行时间          如上的举例：TP=100/203

流水线最大吞吐率为：

TP最大值=lim（n/（k+n-1）▲t）=1/▲t    （▲t   流水线周期）    如上的举例：TP最大值=100/200=1/2

流水线的加速比

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。计算流水线加速比的公式如下：

S=不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间    如上的举例：S=500/203    即 不使用流水线执行时间=（2+2+1）×100=500ns

流水线的效率

指的是流水线的设备利用率。流水线的效率定义为n个任务占用的时空区  与 k个流水线段总的时空区之比

公式为：E= n个任务占用的时空区 / k个流水线的总的时空区 = T / KT

n个任务占用的时空区：：（S1+S2+S3+S4）× 4个任务 =  （▲t + ▲t + ▲t + 3▲t）×4=24▲t 

k个流水线的总的时空区：：15▲t ×4 = 60▲t