流水线技术

定义

• 指在程序执行时，多条指令重叠进行操作的一种任务分解技术
• 把一个任务分解为若干顺序执行的子任务，不同的子任务由不同的执行机构来负责执行，而这些执行机构可以并行工作

计算执行时间

• 假定有某种类型的任务，可以分为 N 个子任务，每个子任务需要时间 t，则完成该任务所需的时间为 Nt
  • 若以传统的技术，完成 k 个任务所需的时间是 kNt
  • 使用流水线技术，花费的时间是 Nt+（k-1）t0 // Nt 为完成一个任务所需要的时间，t0是所有任务中最长的那个时间。

注意：如果每个子任务所需的时间不同，其时间取决于执行顺序种最慢的那一个

流水线的吞吐率

• 指在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量
• TP = n / Tk
• 其中，n 为任务数，Tk 是处理完成 n 个任务所用的时间

加速比

• 指 不采用流水线的执行时间 / 采用流水线的执行时间
• 用来衡量并行系统或程序并行化的性能和结果

影响流水线的主要因素

转移指令

因为前面的转移指令还没有完成，流水线无法确定吓一跳指令的地址，因此也就无法向流水线中添加这条指令

共享资源访问的冲突

后一条指令需要使用的数据，与前一条指令发生冲突，或者相邻的指令也是用了相同的寄存器

相应中断

当有中断请求时，流水线也会停止

两种响应方式

• 精确断点法
  • 立即停止，这种方法能够立即响应中断
• 不精确断点法
  • 流水线中的指令继续执行，不再新增指令到流水线