2010軟件水平考試軟件設(shè)計(jì)師重點(diǎn)難點(diǎn)輔導(dǎo)(2)

　　流水線這個(gè)知識(shí)點(diǎn)在軟件設(shè)計(jì)師考試中是個(gè)重點(diǎn)也是個(gè)難點(diǎn)，考查的頻率比較高。之所以說流水線是個(gè)難點(diǎn)，有兩方面的原因：一方面是需要理解流水線的理論，了解其工作原理，計(jì)算方式;另一方面是在軟考當(dāng)中，對(duì)于流水線的相關(guān)計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)并不是完全統(tǒng)一的，這一點(diǎn)在后面我們將詳細(xì)介紹。

　　流水線是指在程序執(zhí)行時(shí)多條指令重疊進(jìn)行操作的一種準(zhǔn)并行處理實(shí)現(xiàn)技術(shù)。各種部件同時(shí)處理是針對(duì)不同指令而言的，它們可同時(shí)為多條指令的不同部分進(jìn)行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均執(zhí)行速度。

　　指令流水線是將指令執(zhí)行分成幾個(gè)子過程，每一個(gè)子過程對(duì)應(yīng)一個(gè)工位，我們稱為流水級(jí)或流水節(jié)拍，這個(gè)工位在計(jì)算機(jī)里就是可以重疊工作的功能部件，稱為流水部件。

　　如圖1所示，IF，ID，EX，WD分別是流水線的流水部件。

　　流水線要求所有的流水級(jí)部件必須在相同的時(shí)間內(nèi)完成各自的子過程。在流水線中，指令流動(dòng)一步便是一個(gè)機(jī)器周期，機(jī)器周期的長度必須由最慢的流水級(jí)部件處理子過程所需的時(shí)間來決定。

　　那么我們?yōu)槭裁匆�提出流水線這個(gè)概念，以及流水線是如何提高系統(tǒng)吞吐量的呢?下面我們來看幾個(gè)圖，概念自然就清楚了。

　　圖2是一個(gè)非流水線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)執(zhí)行指令時(shí)空?qǐng)D。

　　我們從圖2中可以看到，任意一個(gè)系統(tǒng)時(shí)間都有大量的設(shè)備處于空閑狀態(tài)，如第一個(gè)時(shí)間段有ID，EX，WB空閑，則第二個(gè)時(shí)間段有IF，EX，WB空閑。

　　我們?cè)賮砜床捎昧肆魉�線結(jié)構(gòu)的時(shí)空?qǐng)D3。

　　顯然，采用流水線可以大大提升系統(tǒng)資源的利用率，以及整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量。

　　流水線的操作周期取決于基本操作中最慢的那個(gè)。例如：一個(gè)3段流水線，各段的執(zhí)行時(shí)間分別為t，2t，t。則最慢的一段為2t，所以流水線操作周期為2t。