原创 流水线（转）

流水线设计就是将组合逻辑系统地分割，并在各个部分（分级）之间插入寄存器，并暂存中间数据的方法。目的是提高数据吞吐率（提高处理速度）。流水线缩短了在一个时钟周期内给的那个信号必须通过的通路长度，从而可以提高时钟频率。例如：一个2级组合逻辑，假定每级延迟相同为Tpd， [upload]/bbs/BBSUploadfile/2005-11-5-19-52-30.jpg[/upload] 1.无流水线的总延迟就是2Tpd，可以在一个时钟周期完成，但是时钟周期受限制在2Tpd； 2.流水线：每一级加入寄存器（延迟为Tco）后，单级的延迟为Tpd+Tco，每级消耗一个时钟周期，流水线需要2个时钟周期来获得第一个计算结果，称为首次延迟，它要2*（Tpd+Tco），但是执行重复操作时，只要一个时钟周期来获得最后的计算结果，称为吞吐延迟（Tpd+Tco）； 可见只要Tco小于Tpd，流水线就可以提高速度。 推论：增加流水线长度可以节省更多延迟， 流水线越长，首次延迟越大，如果流水线反复启动，则会损失速度。 实现流水线的代价：1.消耗寄存器－就是消耗硅片面积（想想20级流水线的某著名CPU吧） 2.流水线长则消耗更多时钟周期。（如果流水线反复启动，则会损失速度，想想某CPU著名的高频率低效能吧）