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    東莞流水線設計的級長和完成一條指令的速度有何關系

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    東莞流水線設計的級長和完成一條指令的速度有何關系

    發布日期:2017-07-10 00:00 來源:http://www.ba7se9.cn 點擊:

            東莞流水線級越長,一條指令執行速度反而更慢了,因為要插入寄存器分割組合邏輯,而寄存器讀寫也需要時間。流水線提高的是系統吞吐量,也就是單位時間內處理的指令條數。
      那為什么一條指令執行速度更慢,而單位時間內處理的指令條數增多呢? 因為流水線能同時處理多條指令,類似并行形式。理想情況下流水線越長,cpu時鐘周期可以做得越短(也就是頻率越高,當然不能無限高)。
      相對非流水的結構而言,流水線可以提高指令執行的并行度。
      在理想情況下,流水線級數越多,可同時流水執行的指令數越多,正比增長。這就是推出該問題的理論基礎。并行度越大,在宏觀上看其實就等效于每一條指令的執行速度都變快了。
       但考慮到太長的流水線可能造成的冒險機制會變得更復雜,所以“CPU流水線設計的級越長,完成一條指令的速度就越快”不過說的是理想或者近似理想的情況罷。

              但現實不是這樣理想的。流水的時候,會遇見各種冒險機制(某硬件不支持同時鐘周期被多個資源訪問,數據依賴或邏輯關系不被滿足的情況,跳轉指令等)。造成流水設計的困難。所以在理想情況并有上限的前提下,這句話是對的。
       東莞流水線越長并不表示指令執行就越快。流水線最慢的那一級的時延越低,表示可以有更多的指令同時被執行,也就是并發度會越高。流水線長不表示什么,反而應該越短越好,關鍵是最慢那一級的時延。如果考察單個指令,進流水到出流水的時間是一樣的。但是程序是由多個指令構成的,將指令并行之后,從程序的視角來看,整體執行變快了,此時可以用整個流水線耗時除以并行度,得出每條指令的“執行時間”,看上去加快了。但是這個執行時間是個假的,實際上每條指令從開始到結束并沒有變化。

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