《大话处理器》连载——微架构(2) 顺溜流水线的深入分析

本文通过顺溜射击的例子深入浅出地解释了处理器流水线的概念,探讨了流水线级数对效率的影响。举例说明,流水线级数越多,理论上处理器的工作频率可提升,效率越高。同时,针对耗时较长的步骤,可通过拆分任务或增加资源来提高流水线效率。流水线思想不仅应用于处理器设计,也广泛存在于日常生活和工业管理中。

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       在上一节中,顺溜已经告诉了我们流水线的基本概念,顺溜将整个射击过程分成了2个步骤(术语称之为节拍),两个步骤可以并行起来执行,只是时间上进行了些许的错位,这就是流水线的本质。

        这条流水线被划分成了2个节拍,也就是2级流水线,于是我们引出了流水线的第一个问题:流水线级数

        众所周知,Intel处理器的流水线级数要远高于ARM、DSP等嵌入式处理器,那么流水线级数更多,有什么好处呢?

        还是以顺溜来举例子,假设顺溜将射击的流水线划分成4个步骤:上膛1、上膛2、射击1、射击2 四步,由于整个过程需要10秒,那么每一个小步骤需要2.5秒。

射击的4级流水线

 

        从图我们可以看出,现在顺溜每2.5秒就可以射出一颗子弹,于是一分钟可以消灭24个敌人,射击效率提高了一倍。如果换成计算机的术语,那就是处理器的工作频

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