?小型流水線,又稱裝配線,工業(yè)上的一種生產(chǎn)方式,指每一個生產(chǎn)單位只專注處理某一個片段的工作,以提高工作效率及產(chǎn)量。小型流水線技術(shù)是指在程序執(zhí)行時多條指令重疊進行操作的一種準(zhǔn)并行處理實現(xiàn)技術(shù)。
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衡量一種流水線處理方式的性能高低的書面數(shù)據(jù)主要由吞吐率、效率和加速比這三個參數(shù)來決定。
吞吐率
指的是計算機中的流水線在特定的時間內(nèi)可以處理的任務(wù)或輸出數(shù)據(jù)的結(jié)果的數(shù)量。流水線的吞吐率可以進一步分為最大吞吐率和實際吞吐率。它們主要和流水段的處理時間、緩存寄存器的延遲時間有關(guān),流水段的處理時間越長,緩存寄存器的延遲時間越大,那么,這條流水線的吞吐量就越小。因為,在線性流水線中,最大吞吐率Tpmax=流水線時鐘周期△T=1/max(T1,...Ti,..Tm)+T1/1,而其中,m是流水線的段數(shù),i是特定過程段執(zhí)行時間。如果,一條流水線的段數(shù)越多,過程執(zhí)行時間越長,那么,這條流水線的理論吞吐率就越小。
由此,要對于流水線的瓶頸部分的處理主要在于減少流水段的處理時間。實現(xiàn)的方法一般有兩種:
1、把瓶頸部分的流水線分拆,以便任務(wù)可以充分流水處理。流水段的處理時間過長,一般是由于任務(wù)堵塞造成的,而任務(wù)的堵塞會導(dǎo)致流水線不能在同一個時鐘周期內(nèi)啟動另一個操作,可以把流水段劃分,在各小流水段中間設(shè)置緩存寄存器,緩沖上一個流水段的任務(wù),使流水線充分流水。假如X流水段的處理時間為3T,可以把X流水段再細(xì)分成3小段,這樣,每小段的功能相同,但是處理時間已經(jīng)變成3T/3=T了。
2、在瓶頸部分設(shè)置多條相同流水段,并行處理。對付流水段的處理時間過長,還有另外一種方法,那就是把瓶頸流水段用多個相同的并聯(lián)流水段代替,在前面設(shè)一個分派單元來對各條流水段的任務(wù)進行分派。仍然假設(shè)瓶頸流水段的處理時間是△3T,那么經(jīng)過3條并聯(lián)流水段的同時處理,實際需要的時間只是△T。這樣,就達(dá)到了縮短流水段處理時間,但這種方法比較少以采用,因為要3段相同的流水段并聯(lián),成本較高,而且,分派單元會比較麻煩處理。
加速比
是指某一流水線如果采用串行模式之后所用的時間T0和采用流水線模式后所用時間T的比值,數(shù)值越大,說明這條流水線的工作安排方式越好。
效率
使用效率:指流水線中,各個部件的利用率。由于流水線在開始工作時存在建立時間;在結(jié)束時存在排空時間,各個部件不可能一直在工作,總有某個部件在某一個時間處于閑置狀態(tài)。用處于工作狀態(tài)的部件和總部件的比值來說明這條流水線的工作效率。