计算机组成原理 — CPU — 流水线与执行周期

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CPU 流水线

不同的 CPU 指令集架构在执行指令的过程会有所差别，以经典的 RISC（精简指令集架构）为例，存在以下步骤：

1. 取指令
2. 分析指令
3. 执行指令
4. 访问主存
5. 写回寄存器

不同的步骤可能由 CPU 内部的不同部件（e.g. 指令部件、执行部件）来完成。在这样的前提下，如果 CPU 单纯的顺序执行这些步骤的话，势必会在某一时刻令一些部件空闲。

可想而知，如果 CPU 控制单元调度恰当，让不同部件可以并行工作的话，是可以提高各个部件的工作效率和计算机运算速度的，这就是流水线调度方式。

CPU 流水线（Pipeline），亦称管线，是现代计算机处理器中必不可少的部分，是指将计算机指令处理过程拆分为多个步骤，并通过多个硬件处理单元并行执行来加快指令执行速度。其具体执行过程类似工厂中的流水线，并因此得名。

流水线主要分为 2 类：

1. 指令执行流水线
2. 运算操作流水线（如：浮点加法运算）

超标量处理器是可以实现指令级别并行的 CPU，它通过向处理器上的