什么是流水线处理？

流水线技术是一种将顺序过程分解成小的片段或子操作的技术。每个子程序的执行都在某个专门的段中进行，该段与所有其他段一起工作。流水线包含一系列处理段，这些段有助于二进制信息的流动。

流水线的内部工作方式是这样的：一个段的结果被传递到流水线的下一个段，直到获得期望的结果。在信息通过所有段处理后获得结果。

术语“流水线”表示信息的流动是并行的。流水线定义了处理的时序重叠。通过将寄存器与流水线中的每个段相关联来完成处理的重叠。寄存器有助于在每个段之间提供隔离，以便每个段可以同时处理不同的数据。

一个段由一个输入寄存器和一个组合电路组成。寄存器存储信息，组合电路在特定段中运行。一个段的组合电路的输出被发送到下一个段的输入寄存器。为了执行每个段中的活动，为每个寄存器设置一个时钟。

当我们考虑三个指令的顺序执行时，每个指令都有三个执行阶段，得到的顺序是以下指令周期。

如果每个阶段需要一个单位时间，并且每个动作都需要一个单独的单元，那么总共需要九个单位时间。对于相同指令集的流水线执行，该序列只需要五个单位时间。

该图显示了并行处理和顺序处理之间的比较。

从图中可以看出，通过使用流水线，我们可以节省大约 50% 的执行时间。

我们将用一个简单的例子来说明流水线组织。假设我们需要对一系列数字执行组合的乘法和加法运算。

A_i * B_i + C_i 其中 i = 1,2,3 … 7

每个子操作都在流水线内的某个段中执行。每个段之间的分离由寄存器提供，以便每个段同时处理不同的数据。

每个段使用一个或三个寄存器和组合电路。R1 到 R7 是在每个时钟脉冲中获得新信息的寄存器。组合电路是乘法器和加法器。

R₁ ← A_i, R₁ ← B_i 输入 A_i 和 B_i

R₃ ← R₁ * R₂, R₄ ← C_i 乘法和输入 C_i

R₅ ← R₃ + R₄ 将 C_i 加到乘积中

Ginni

更新于：2021年7月27日

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