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苏州流水线告诉你流水线在计算机中的应用

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苏州流水线告诉你流水线在计算机中的应用

流水线,现实中通俗来讲就是将那些具有重复性的工作分割成几个串行部分,使得工作能在工人们中间移动,每个熟练工人只需要依次的将他的那部分工作做好就可以了。流水线运用到程序中又是怎样的呢?

计算机的流水处理过程同工厂中的流水装配线类似。为了实现流水,首先必须把输入的任务分割为一系列的子任务,使各子任务能在流水线的各个阶段并发地执行。将任务连续不断地输入流水线,从而实现了子任务的并行。

对于RISC微处理器来说使用流水线技术不是什么新鲜事儿,真正重要的在于完全的重新设计-从指令集开始-目的是使流水线更加高效。因此,怎样才能设计一个高效的流水线实际上可能是一个错误的问题。正确的提问应该是,是什么使得流水线效率低下?从CPU的角度来看,CPU从内存中提取每条指令,进行译码,确定需要的操作数,执行相应操作,并存储产生的任何结果-然后再次重复同样的工作。等待执行的程序就是一个等待一次一个的流过CPU的指令队列。

由于每条指令都要做不同的工作,因此在CPU内部已经配有各种不同的专用的大块逻辑电路,所以构造一个流水线并没有使CPU复杂度增加多少;只是让CPU工作负载更重一些而已。

流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线,在CPU中由5—6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线,然后将一条X86指令分成5—6步后再由这些电路单元分别执行,这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令,因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水,即指令预取、译码、执行、写回浮点流水又分为八级流水。

因此流水处理大幅度地改善了计算机的系统性能,是在计算机上实现时间并行性的一种非常经济的方法。