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流水线主要性能指标浅析

时间:2020/4/25 17:32:33     关键字:http://www.kaizheng.com/

计算机系统结构研究、分析的目的就是为了提高计算机性能,为此,我们采用了许多提高性能的设计思想和技术。流水线技术就是其中最重要的设计思想之一。流水线技术在现代的计算机系统结构中是最普遍的1种技术。

流水线主要性能指标浅析

衡量一种流水线处理方式的性能高低的书面数据主要由吞吐率、效率和加速比这三个参数来决定。


吞吐率

指的是计算机中的流水线在特定的时间内可以处理的任务或输出数据的结果的数量。流水线的吞吐率可以进一步分为最大吞吐率和实际吞吐率。它们主要和流水段的处理时间、缓存寄


流水线技术

存器的延迟时间有关,流水段的处理时间越长,缓存寄存器的延迟时间越大,那么,这条流水线的吞吐量就越小。因为,在线性流水线中,最大吞吐率Tpmax=流水线时钟周期△T/1=max(T1,...Ti,..Tm)+T1/1,而其中,m是流水线的段数,是特定过程段执行时间。如果,一条流水线的段数越多,过程执行时间越长,那么,这条流水线的理论吞吐率就越小。


由此,要对于流水线的瓶颈部分的处理主要在于减少流水段的处理时间。实现的方法一般有两种:


1、把瓶颈部分的流水线分拆,以便任务可以充分流水处理。流水段的处理时间过长,一般是由于任务堵塞造成的,而任务的堵塞会导致流水线不能在同一个时钟周期内启动另一个操作,可以把流水段划分,在各小流水段中间设置缓存寄存器,缓冲上一个流水段的任务,使流水线充分流水。假如X流水段的处理时间为3T,可以把X流水段再细分成3小段,这样,每小段的功能相同,但是处理时间已经变成3T/3=T了。


2、在瓶颈部分设置多条相同流水段,并行处理。对付流水段的处理时间过长,还有另外一种方法,那就是把瓶颈流水段用多个相同的并联流水段代替,在前面设一个分派单元来对各条流水段的任务进行分派。仍然假设瓶颈流水段的处理时间是△3T,那么经过3条并联流水段的同时处理,实际需要的时间只是△T。这样,就达到了缩短流水段处理时间,但这种方法比较少以采用,因为要3段相同的流水段并联,成本较高,而且,分派单元会比较麻烦处理。


加速比

是指某一流水线如果采用串行模式之后的工作速度和采用流水线模式后的工作速度的比值,数值越大,说明这条流水线的工作安排方式越好。


效率

使用效率:指流水线中,各个部件的利用率。由于流水线在开始工作时存在建立时间;在结束时存在排空时间,各个部件不可能一直在工作,总有某个部件在某一个时间处于闲置状态。用处于工作状态的部件和总部件的比值来说明这条流水线的工作效率。        http://www.kaizheng.com/

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