流水線

我們把計算機的一條指令抽象成三個步驟(實際不止這些)

現在向計算機發送三條指令A,B,C，如果不采用流水線的方式傳輸，那么在每個機器周期中的執行步驟如下圖所示(我們假設每個步驟都會耗費一個機器周期)：

采用流水線的方式傳輸如下圖所示：

對比上面兩張圖，我們可以看出，流水線是一種準并行處理技術：

第1個機器周期：處理A指令的取指步驟

第2個機器周期：處理A指令的分析步驟，同時也在處理B指令的取指步驟

以此類推，我們可以看出，同一機器周期只允許處理不同的步驟，不能處理相同的步驟，這樣在保證指令安全的同時也可以加快處理速度，提升了效率，這就是流水線帶來的好處

吞吐率

流水線理解了，吞吐率就好說了，這里的吞吐率指的是流水線的吞吐率，簡單理解吞吐率就是通過數值來反應計算的處理速度，先列個公式：吞吐率 = 指令條數 / 流水線時間

指令條數：需要計算吞吐率的指令的總數

流水線時間：這里的流水線時間指的并不是一個指令流水線花費的時間，而是跑完公式中指定的指令條數所需要的時間，對比上面兩個圖，一條指定所需要耗費的流水線時間是3個機器周期，而跑完ABC三條指令耗費的流水線時間是5個機器周期，對于流水線時間，有個計算公式：一條指令流水線所需要耗費的時間? ?+ (指令條數 - 1)* 一條流水線中最耗時的步驟時間

吞吐率一般分為實際吞吐率和最大吞吐率，下面我從兩個案例來分別講述：

實際吞吐率

按照上面的公式，指令條數為8條，流水線時間=(1+2+3+1) + (8-1) * 3=28，結果就顯而易見是C了

最大吞吐率

我們列個一元二次方程，設最大吞吐率為y，指令條數為x，按照上面的公式y=x /((2+1+3+1+2) + (x-1)* 3)，簡化下就是y=x / (3x + 6)=1 / 3 - 2 / (3x-6)，x為正整數，當x趨于無窮大的時候，y的最大值為1/3

大家想要更加詳細的了解其中的原理，可以參考：https://blog.csdn.net/yi_zz/article/details/7479912

用通俗易懂的語言闡述復雜的概念，學無止境，共勉前進！！！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机指令流水线时间计算,计算机指令-流水线和吞吐率的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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