2020山西农信社招聘考试计算机知识： 指令流水

1.原理

流水处理是在计算机上实现时间并行性的一种非常经济的方法。

计算机执行程序是按顺序的方式进行的，即程序中各条机器指令是按顺序串行执行的。如按4个周期完成一条指令来考虑。

如将一条指令分成4段，若每段所需时间为T，那么一条指令的时间为4T，但当第一条指令处理完后每隔T时间就能得到一条指令的处理结果，平均速度提高到4倍，把这种处理机称为流水线处理机，其工作过程如上图所示。

2.流水线的性能

流水线的性能通常用三个指标来衡量：吞吐率、加速比和效率。

(1)吞吐率

吞吐率是指单位时间内流水线所完成指令或输出结果的数量。

吞吐率有最大吞吐率和实际吞吐率之分。

最大吞吐率是指流水线在连续流动达到稳定状态后获得的吞吐率。对于m段指令流水而言，若各段的时间均为Dt，则最大吞吐率为：

 

 

实际吞吐率是指流水线完成n条指令的实际吞吐率。实际吞吐率总小于最大吞吐率。对于m段指令流水，若各段的时间均为Dt，则除第一条指令需m·Dt外，其余(n-1)条指令，每隔Dt就有一个输出，即共需m·Dt +(n-1) Dt时间，故实际吞吐率为：

 

 

(2)加速比

加速比是指流水线的速度与等功能的非流水线的速度之比。其计算公式为：

 

 

(3)效率

效率是指流水线中各功能段的利用率，通常用流水线各段处于工作时间的时空区与流水线中各段总的时空区之比来衡量流水线的效率。

效率的计算公式为：