什麼是流水線處理？

流水線技術是一種將順序過程分解成小的片段或子操作的技術。每個子程式的執行都在某個專門的段中進行，該段與所有其他段一起工作。流水線包含一系列處理段，這些段有助於二進位制資訊的流動。

流水線的內部工作方式是這樣的：一個段的結果被傳遞到流水線的下一個段，直到獲得期望的結果。在資訊透過所有段處理後獲得結果。

術語“流水線”表示資訊的流動是並行的。流水線定義了處理的時序重疊。透過將暫存器與流水線中的每個段相關聯來完成處理的重疊。暫存器有助於在每個段之間提供隔離，以便每個段可以同時處理不同的資料。

一個段由一個輸入暫存器和一個組合電路組成。暫存器儲存資訊，組合電路在特定段中執行。一個段的組合電路的輸出被髮送到下一個段的輸入暫存器。為了執行每個段中的活動，為每個暫存器設定一個時鐘。

當我們考慮三個指令的順序執行時，每個指令都有三個執行階段，得到的順序是以下指令週期。

如果每個階段需要一個單位時間，並且每個動作都需要一個單獨的單元，那麼總共需要九個單位時間。對於相同指令集的流水線執行，該序列只需要五個單位時間。

該圖顯示了並行處理和順序處理之間的比較。

從圖中可以看出，透過使用流水線，我們可以節省大約 50% 的執行時間。

我們將用一個簡單的例子來說明流水線組織。假設我們需要對一系列數字執行組合的乘法和加法運算。

A_i * B_i + C_i 其中 i = 1,2,3 … 7

每個子操作都在流水線內的某個段中執行。每個段之間的分離由暫存器提供，以便每個段同時處理不同的資料。

每個段使用一個或三個暫存器和組合電路。R1 到 R7 是在每個時鐘脈衝中獲得新資訊的暫存器。組合電路是乘法器和加法器。

R₁ ← A_i, R₁ ← B_i 輸入 A_i 和 B_i

R₃ ← R₁ * R₂, R₄ ← C_i 乘法和輸入 C_i

R₅ ← R₃ + R₄ 將 C_i 加到乘積中

Ginni

更新於：2021年7月27日

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