相關(guān)參數(shù)計(jì)算：流水線執(zhí)行時(shí)間計(jì)算、流水線吞吐率、流水線加速比等。

流水線

流水線是指在程序執(zhí)行時(shí)多條指令重疊進(jìn)行操作的一種準(zhǔn)并行處理實(shí)現(xiàn)技術(shù)。各種部件同時(shí)處理是針對(duì)不同指令而言的，它們可同時(shí)為多條指令的不同部分進(jìn)行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均執(zhí)行速度。

流水線周期

流水線應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)將需要處理的工作分為N個(gè)階段，最耗時(shí)的那一段所消耗的時(shí)間稱為流水線周期。

流水線執(zhí)行時(shí)間

假設(shè)一段流水線。取指=3Δt，分析=2Δt，執(zhí)行4Δt，Δt這里表示時(shí)間單位。

Δδ，是希臘字母表中第四個(gè)字母，大寫(xiě) Δ，小寫(xiě) δ，英語(yǔ)名稱Delta，希臘名稱δελτα，中文名稱德?tīng)査?，在英語(yǔ)有三角洲的意思。

流水線執(zhí)行時(shí)間計(jì)算公式分為兩種，理論公式和實(shí)踐公式。

理論公式

t為流水線周期，k為任務(wù)分段數(shù)量，n為任務(wù)個(gè)數(shù)
$$理論公式：=第1條指令的執(zhí)行時(shí)間+(n?1)\times 流水線周期$$
$$理論公式：(t1+t2+..+tk)+(n?1)t$$
$$理論公式：(t1+t2+..+tk?t)+nt$$

實(shí)踐公式

實(shí)踐公式和理論公式的區(qū)別，只在于第一條流水線的建立時(shí)間，它會(huì)將每一個(gè)任務(wù)分段時(shí)間作為最長(zhǎng)段來(lái)處理，冗余的時(shí)間可以來(lái)應(yīng)付一些突發(fā)事件。所以實(shí)踐公式實(shí)際上是稍有擴(kuò)大，但是量并沒(méi)有特別大。除了流水線建立時(shí)間不同，剩下的(n-1)t是和理論公式一樣的。
$$實(shí)踐公式：kt+(n?1)t$$

舉例計(jì)算流水線執(zhí)行時(shí)間

如：使用流水線技術(shù)執(zhí)行100條指令，每條指令取指2ms，分析4ms，執(zhí)行1ms，則流水線周期為4ms。
將1個(gè)任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程可分成N個(gè)階段，假設(shè)每個(gè)階段完成時(shí)間為t，則完成該任務(wù)所需的時(shí)間為Nt。若以傳統(tǒng)的方式，則完成k個(gè)任務(wù)的時(shí)間為kNt；而使用流水線技術(shù)執(zhí)行，且花費(fèi)的時(shí)間是Nt+(k-1)t。也就是說(shuō)。除了第一個(gè)任務(wù)需要完整的時(shí)間外，其他都通過(guò)并行，節(jié)省了大量的時(shí)間。所以流水線的執(zhí)行時(shí)間可通俗的表達(dá)為：

$$流水線執(zhí)行時(shí)間=第1條指令的執(zhí)行時(shí)間+(n?1)\times 流水線周期$$
注意：n表示需要處理的任務(wù)數(shù)量

考試時(shí)，又需要注意一個(gè)細(xì)節(jié)，流水線的執(zhí)行時(shí)間計(jì)算，進(jìn)一步可以分為理論情況與實(shí)際情況兩種不同的方式。

比如：
某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一條指令的執(zhí)行時(shí)間需要經(jīng)歷取指(2ms)，分析(4ms)，執(zhí)行(1ms)三個(gè)階段，現(xiàn)要執(zhí)行100條指令，利用流水線技術(shù)需要多長(zhǎng)時(shí)間？

理論上來(lái)說(shuō)，1條指令的執(zhí)行時(shí)間為：2ms+4ms+1ms=7ms
所以：理論流水線執(zhí)行時(shí)間=2ms+4ms+1ms+(100-1)×4ms=403ms

而實(shí)際上，真正做流水線處理時(shí)，考慮到處理的復(fù)雜性，會(huì)將指令的每個(gè)執(zhí)行階段的時(shí)間都統(tǒng)一為流水線周期，即1條指令的執(zhí)行時(shí)間為：4ms+4ms+4ms=12ms
所以：實(shí)際流水線執(zhí)行時(shí)間=4ms+4ms+4ms+(100-1)×4ms=408ms

考試時(shí)80％以上的概率采用理論公式計(jì)算，如果理論公式計(jì)算結(jié)果無(wú)正確選項(xiàng)，再用實(shí)際公式計(jì)算。

流水線吞吐率

流水線吞吐率（Through Put Rate，TP）是指在單位時(shí)間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)量或輸出的結(jié)果數(shù)量。
計(jì)算流水線吞吐率的最基本的公式如下：與流水線執(zhí)行時(shí)間相關(guān)
$$TP=\frac{指令條數(shù)}{流水線執(zhí)行時(shí)間}$$
流水線最大吞吐率：與流水線分段相關(guān)，等于流水線周期的倒數(shù)
$$TPmax=li{m}_{N\to +\infty }\frac{n}{(k+n?1)t}=\frac{1}{t}$$

舉例計(jì)算流水線吞吐率

假設(shè)一段流水線。取指=3Δt，分析=2Δt，執(zhí)行4Δt，Δt這里表示時(shí)間單位。10條指令的吞吐率？最大吞吐率？
流水線吞吐率“
$$TP=\frac{指令條數(shù)}{流水線執(zhí)行時(shí)間}=\frac{10}{(3\Delta t+2\Delta t)+10\times 4}=\frac{10}{45}=\frac{2}{9\Delta t}$$
流水線最大吞吐率：
$$TPmax=\frac{1}{t}=\frac{1}{4\Delta t}$$

流水線加速比

完成同樣一批任務(wù)，不使用流水線所用的時(shí)間與使用流水線所用時(shí)間之比稱為流水線的加速比。計(jì)算流水線加速比的基本公式如下：
$$S=\frac{不使用流水線執(zhí)行時(shí)間}{使用流水線執(zhí)行時(shí)間}$$文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-491141.html

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