计算机组成原理流水线优点,01计算机组成原理-流水线

流水线含义：如果一条指令分为取指，分析，执行非流水线执行方式如下：

image.png

那条指令执行时间：n*3

使用流水线执行：

image.png

前一条执行的取指执行完毕，立刻进行后一条指令的取指执行时间快。

流水线执行周期

假设一条指令取指2ns，分析2ns，执行1ns。流水线周期定义是在这条指令执行过程中，最耗时的一条断就是流水线周期。也就是2ns。

100条这样的指令才流水线执行需要多少时间？

以第一条指令执行完毕后，后面的指令紧跟执行那么后面执行的时间是一个指令周期2ns，再加上前面第一条指令的执行时间2ns+2ns+1ns所以总的执行时间为：5ns+99*2ns。这就好比在工业流水线上组装汽车一样，前面的5ns表示启动机器，各个流水线人员准备时间，一旦第一辆汽车组装好，后面的汽车就可以直接走流水线周期时间了。公式：第一条指令执行整个时长+(流水线周期*(n条指令-1))

第一条指令执行时长

理论值：取指+分析+执行=2ns+2ns+1ns

实际值：执行1ns时长不规整，直接给2ns。所以实际值为3*2ns

一般都是采用理论值，如果选择题没有理论值则取实际值

流水线吞吐率

吞吐率=指令条数/执行时间

比如：上面的题100条指令，耗时203ns那么吞吐率为：

吞吐率=100/203ns

理想值：1/2ns 也就是：1/流水线周期

忽略第一条指令建立的准备工作耗时

流水线加速比

s=不使用流水线执行时间/使用流水线执行时间

上面的那个例子中使用流水线执行时长为5+992=203。不实用流水线执行时间5100=500。则：s=500/203

流水线的效率

下面的指令分为4个子指令，分别为s1，s2，s3，s4分别耗时t，t，t，3*t如下：

image.png

流水线效率=n个任务使用的时间分片/总共开启的时间分片

比如上面这个例子：

任务执行时间：(t+t+t+3t)4

总共开启的时间：15t4