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Instruction Pipeline

定义​

指令流水线（Instruction Pipeline）是将指令执行过程分解为多个阶段，使多条指令重叠执行的技术，是提高 CPU 吞吐率的核心机制。

五级流水线​

  1. IF（取指，Instruction Fetch）
  2. ID（译码，Instruction Decode）
  3. OF（取操作数，Operand Fetch）
  4. EX（执行，Execute）
  5. WB（写回，Write Back）

性能指标​

  • 吞吐率 TP=nTkTP = \frac{n}{T_k}，最大 TPmax=1ΔtTP_{max} = \frac{1}{\Delta t}
  • 加速比 SP=nmm+n−1SP = \frac{nm}{m+n-1}
  • 效率：各功能段的利用率

高级流水线​

  • 超标量流水线：每个时钟周期发射多条指令
  • 超流水线：进一步细分流水线阶段
  • 超长指令字 VLIW：编译器静态调度多条指令并行执行

相关问题​

见 pipeline-hazard。