流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。各种部件同时处理是针对不同指令而言的,它们可同时为多条指令的不同部分进行工作,以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度。
流水线这个知识点在软件设计师考试中是个重点也是个难点,考查的频率比较高。之所以说流水线是个难点,有两方面的原因:一方面是需要理解流水线的理论,了解其工作原理,计算方式;另一方面是在软考当中,对于流水线的相关计算,标准并不是完全统一的,这一点在后面我们将详细介绍。 指令流水线是将指令执行分成几个子过程,每一个子过程对应一个工位,我们称为流水级或流水节拍,这个工位在计算机里就是可以重叠工作的功能部件,称为流水部件。
流水线要求所有的流水级部件必须在相同的时间内完成各自的子过程。在流水线中,指令流动一步便是一个机器周期,机器周期的长度必须由最慢的流水级部件处理子过程所需的时间来决定.
对于CPU来说,流水线技术实际上是一种以增加硬件换取性能的方式:把一条指令分解成多条更小的指令,由不同的处理单元来处理,在理想的满负荷运行状态下,执行一条指令的时间虽然没有减少,但是由于多个处理单元同时工作,在同一时间上可以执行不同指令的不同部分,从而使得总体的执行时间大大减少。流水线的操作周期取决于基本操作中最慢的那个。这里最慢的是100 ns,所以操作周期是100 ns。在流水线中,其实每一条指令的执行时间并没有减少,而第一条指令的执行并没有体现流水线的优势,它在4个操作周期后才能执行完成,这以后每个操作周期都能完成一条指令的执行。
影响流水线效率的重要因素有条件转移指令和中断,因为它们打断了流水线,使得流水线不得不重新装载。
不精确断点法实现简单,但是要等到流水线内的指令完成之后再响应中断。
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