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流水線的生產背景是什么
來源: | 作者:pmt7652f4 | 發布時間: 2018-08-16 | 70 次瀏覽 | 分享到:
一、什么是流水線技術
流水線(pipeline)技術是指在程序執行時多條指令重疊進行操作的一種準并行處理實現技術。流水線是Intel首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就像工業生產上的裝配流水線。在CPU中由5—6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線,然后將一條X86指令分成5—6步后再由這些電路單元分別執行,這樣就能實現在一個CPU時鐘周期完成一條指令,因此提高CPU的運算速度。經典奔騰每條整數流水線都分為四級流水,即取指令、譯碼、執行、寫回結果,浮點流水又分為八級流水。
二、流水線的產生背景
借鑒了工業流水線制造的思想,現代CPU也采用了流水線設計。在工業制造中采用流水線可以提高單位時間的生產量;同樣在CPU中采用流水線設計也有助于提高CPU的頻率。先以汽車裝配為例來解釋流水線的工作方式。假設裝配一輛汽車需要4個步驟:①沖壓:制作車身外殼和底盤等部件;②焊接:將沖壓成形后的各部件焊接成車身;③涂裝:將車身等主要部件清洗、化學處理、打磨、噴漆和烘干;④總裝:將各部件(包括發動機和向外采購的零部件)組裝成車;流水線同時對應地需要沖壓、焊接、涂裝和總裝四個工人。采用流水線的制造方式,同一時刻四輛汽車在裝配。如果不采用流水線,那么第一輛汽車依次經過上述四個步驟裝配完成之后,下一輛汽車才開始進行裝配,最早期的工業制造就是采用的這種原始的方式。未采用流水線的原始制造方式,同一時刻只有一輛汽車在裝配。
不久之后就發現,流水線某個時段中一輛汽車在進行裝配時,其它三個工人處于閑置狀態,顯然這是對資源的極大浪費!于是開始思考能有效利用資源的方法:在第一輛汽車經過沖壓進入焊接工序的時候,立刻開始進行第二輛汽車的沖壓,而不是等到第一輛汽車經過全部四個工序后才開始。之后的每一輛汽車都是在前一輛沖壓完畢后立刻進入沖壓工序,這樣在后續生產中就能夠保證四個工人一直處于運行狀態,不會造成人員的閑置。這樣的生產方式就好似流水川流不息,因此被稱為流水線。
CPU的工作也可以大致分為指令的獲取、解碼、運算和結果的寫入四個步驟,采用流水線設計之后,指令(好比待裝配的汽車)就可以連續不斷地進行處理。在同一個較長的時間段內,顯然擁有流水線設計的CPU能夠處理更多的指令。
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