流水线结构(Assembly line)

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　　计算机体系结构中的流水线结构来源于生活中的流水线工厂，我们知道，计算机所有操作都需要指令来执行，那么指令执行的效率高低肯定会对计算机操作带来很大的影响。至于产生流水线这种结构的初衷也是希望提高CPU的利用率和指令执行效率。早期CPU执行指令都是串行执行的（那时估计也还没操作系统），就是一个时钟周期完成一条指令，称这种操作位单周期处理机模型，而且这种情况下每个周期又都是等长的，但指令的长度或者每个指令执行所花费的时间不同，势必会造成CPU资源的浪费，出现空闲状态。于是又出现了多周期处理机模型，这时候将主频提高，即时钟周期变短（将一个指令的完成分成多个周期来完成，有点时间片轮转调度的意思）。再后来觉得想把执行速度进一步提高，就出现了现在的流水线结构。

　　流水线结构与多周期，其实都归结于并行处理的类别，即CPU会在一个周期里处理多个子任务。流水线就类似于这样，CPU任务的执行往往涉及到多个指令，多个指令的执行，必然会用到取指令寄存器呀，加法器呀，取数据寄存器呀，这些都是不同的硬件而且相对独立，自然执行任务可以互不干涉。这里举出一个例子，一个大任务包含A,B,C,D四个子任务，则这四个子任务完成即代表大任务完成，但这四个子任务都需要用到相同的5个寄存器，每个任务经过5个寄存器处理就可代表一个任务执行完成，但寄存器之间必须有先后处理之分，则时间如下图所示：

       图中纵坐标代表的任务，横坐标代表的是工序的执行流程，A,B，C,D代表四个子任务，数字1，2，3，4代表的就是4个寄存器，数字有重复的表示由于这时候寄存器没有空出所以选择等待，由于最后一个寄存器（工序）就是需要合并下前面子任务的结果，图里没给出，给出的话应该在D最后的位置，大任务就好比工厂的一个产品，4个子任务就好比产品的4个零件，5个寄存器就好比5道工序，这样就清晰了。