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CPU流水线的定义

高工
2014-06-12 10:31:28     打赏

  CPU流水线

 cpu流水线技术是一种将指令分解为多步,并让不同指令的各步操作重叠,从而实现几条指令并行处理,以加速程序运行过程的技术。指令的每步有各自独立的电路来处理,每完成一步,就进到下一步,而前一步则处理后续指令。  采用流水线技术后,并没有加速单条指令的执行,每条指令的操作步骤一个也不能少,只是多条指令的不同操作步骤同时执行,因而从总体上看加快了指令流速度,缩短了程序执行时间。  为了进一步满足普通流水线设计所不能适应的更高时钟频率的要求,高档位处理器中的流水线的深度(级数)在逐代增多。当流水线深度在5~6级以上时,通常称为超流水线结构(Super Pipeline)。显然,流水线级数越多,每级所花的时间越短,时钟周期就可以设计的越短,指令速度越快,指令平均执行时间也就越短。  流水线技术是通过增加计算机硬件来实现的。它要求各功能段能互相独立地工作,这就要增加硬件,相应地也加大了控制的复杂性。如果没有互相独立的操作部件,很可能会发生各种冲突。例如要能预取指令,就需增加指令的硬件电路,并把取来的指令存放到指令队列缓冲器中,使微处理器能同时进行取指令和分析、执行指令的操作。 

CPU流水线的定义

CPU的一个任务,或者说指令,被分为很多个步骤完成,就跟生产线上装配汽车,分成若干个零件依次安装。而CPU的主频相当于流水线工作的统一节奏。你可以想象成主频就是干活时候喊的号子,大家都跟着号子一步一步的干活。

   Intel:流水线较少,但是每条流水线的长度很长。可以想象成,Intel有较少的生产线,而每个生产线上把 装配一辆汽车分成了较多的步骤,所以生产线很长。这样的有点是,生产线上的每个步骤需要完成的任务相对较少,这样,工作的节奏很容易加快,也就是号子喊的可以快一些,所以Intel的P4主频提高非常迅速。这种 架构的缺点是,因为流水线太长,如果中间有一步发生错误,只有到最后一个工序才能发现。虽然这种错误几率很小很小,但是不可避免,而且会被非常高的主频放大无数倍,带来的影响就是工作效率并没有随着节奏的 加快而明显提升,也就是Intel“高频低能”的原因之一。Intel的Pentium M系列就没有采用这种架构模式,而是采用类似AMD的短管线多管线模式。

  AMD:拥有较多的流水线,就是说,生产线较多,但是每条生产线的长度较短。带来的影响是,在短生产线上装备一辆汽车的话,每个工序需要干的活比较多,所以大家工作的节奏就不能太快。所以AMD的主频提高非常困难。可是AMD较多的流水线同样保证了指令执行数量,也就是装配汽车的数量,效率较高。短的流水线受工序错误的影响也很低,因为流水线短,发现错误会更及时。主频低,错误率被放大的也小。

  一些数据:

  Intel:五条流水线,每个流水线20步(二十个工序),prescott更是达到了每条流水线30步。

  AMD:K7 九条流水线,每条流水线11步。K8的情况还不知道,但是肯定是短流水线架构。

  其实Intel和AMD只是走了两条不同的提高CPU性能的路而已。我的高主频模式也能解决问题,你的低主频模式也能解决问题罢了。如果不是Intel以往的主频代表性能宣传过分了,大家也不会说他高频低能,只是看你喜欢那种模式的解决方案罢了

  流水线就像工厂的生产线,流水线是在一定的线路上连续输送货物搬运机械,又称输送线或者输送机。按照输送系列产品大体可以分为:皮带流水线、板链线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。流水线输送能力大,运距长,还可在输送过程中同时完成若干工艺操作,所以应用十分广泛。




关键词: CPU     流水线    

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