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計(jì)算機(jī)流水線是Intel在486芯片中開(kāi)始使用的。流水線的工作方式就象工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線。在CPU中由5—6個(gè)不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線,然后將一條X86指令分成5—6步后再由這些電路單元分別執(zhí)行,這樣就能實(shí)現(xiàn)在一個(gè)CPU時(shí)鐘周期完成一條指令,因此提高CPU的運(yùn)算速度。經(jīng)典奔騰每條整數(shù)流水線都分為四級(jí)流水,即指令預(yù)取、譯碼、執(zhí)行、寫(xiě)回結(jié)果,浮點(diǎn)流水又分為八級(jí)流水。
計(jì)算機(jī)流水線(Pipeline)技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用于微處理芯片(CPU)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),計(jì)算機(jī)流水線技術(shù)指的是對(duì)CPU內(nèi)部的各條指令的執(zhí)行方式的一種形容,要了解它,就須先了解指令及其執(zhí)行過(guò)程。
溫嶺市佳宇流水線設(shè)備有限公司是一家專(zhuān)業(yè)從事工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備及流水線設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試及售后服務(wù)的企業(yè)。專(zhuān)業(yè)從事噴塑流水線等設(shè)計(jì)制造,溫嶺市佳宇流水線制造廠全體員工遵循精心選材,管理嚴(yán)謹(jǐn),服務(wù)精誠(chéng)為指導(dǎo)方向,努力為各界行業(yè)生產(chǎn)出更多的產(chǎn)品,提供更真更誠(chéng)的服務(wù)。企業(yè)本著“用心制造、用情服務(wù)”為宗旨愿與各界新老客戶攜手共進(jìn),竭誠(chéng)合作,共同創(chuàng)造,歡迎廣大客戶來(lái)電咨詢(xún)!
1、計(jì)算機(jī)指令及其執(zhí)行過(guò)程
計(jì)算機(jī)指令,就是告訴CPU要做什么事的一組特定的二進(jìn)制集合。如果我們將CPU比喻成一個(gè)加工廠,那么,一條指令就好比一張訂單,它引發(fā)了CPU_加工廠的一系列動(dòng)作,分別得到了運(yùn)算結(jié)果和產(chǎn)品。那么,它們到底是怎樣工作的呢?首先,要有一個(gè)接收訂單的部門(mén)——CPU的取指令機(jī)構(gòu);其次,還要有完成訂單的車(chē)間——CPU的執(zhí)行指令機(jī)構(gòu)。在工廠中,一張訂單上的產(chǎn)品被分成了許多道工序,而指令亦在CPU中轉(zhuǎn)換成了許多條對(duì)應(yīng)的微操作,依次完成它們,就執(zhí)行完了整條指令。
2、執(zhí)行指令的方式及流水線技術(shù)
在低檔的CPU中,指令的執(zhí)行是串行的,簡(jiǎn)單地說(shuō),就是執(zhí)行完了一條指令后、再執(zhí)行下一條指令,好比我們上面提到的那個(gè)加工廠在創(chuàng)業(yè)之初,只有一間小車(chē)間及孤軍奮戰(zhàn)的老板,那么,當(dāng)他接到一張訂單之后,他必然忙于完成1張訂單,而沒(méi)有能力去接第2張訂單。這樣接訂單→完成訂單→接訂單→……取指令→執(zhí)行指令→取指令→……是一個(gè)串行的過(guò)程。后來(lái),老板發(fā)現(xiàn)接受訂單不費(fèi)太多時(shí)間,而且他還有了一個(gè)幫工,他們可以相互獨(dú)立地工作,這樣,老板就在完成上張訂單產(chǎn)品的同時(shí),接受下一張訂單的訂貨。這表現(xiàn)在CPU上就是取指令機(jī)構(gòu)與執(zhí)行指令機(jī)構(gòu)的分開(kāi),這樣從CPU整體來(lái)看,CPU在執(zhí)行上條指令的同時(shí),又在并行地取下條指令。這在CPU技術(shù)上是一個(gè)質(zhì)的飛躍,它使得CPU從串行工作變?yōu)椴⑿泄ぷ鳎瑥亩哂辛肆魉€的雛型。
CPU在完成了上面這一步之后,剩下的就是如何提高并行處理能力的問(wèn)題了,CPU的設(shè)計(jì)者們從加工廠的裝配線得到啟發(fā),將一條指令的執(zhí)行分解成了許多各不相同的多個(gè)工序_微指令,從而簡(jiǎn)化了指令的復(fù)雜度,簡(jiǎn)化了邏輯設(shè)計(jì),提高了速度。在具有流水線技術(shù)的CPU中,上條指令剛執(zhí)行完一道“工序”,馬上二條指令就加入了流水線中,開(kāi)始執(zhí)行。很明顯,這種流水線技術(shù)要求有多個(gè)執(zhí)行單元,這在X86芯片中均得到了實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)上面的介紹,我們已經(jīng)了解到什么是流水線技術(shù),這雖不是一種創(chuàng)新,但在技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上則是一大難關(guān),是CPU設(shè)計(jì)者對(duì)計(jì)算機(jī)發(fā)展的一大貢獻(xiàn)。
那么,P6芯片的超流水線又是怎么回事呢?
3、P6的超流水線簡(jiǎn)介
超流水線(Super Pipeline)在本質(zhì)上仍為一種流水線技術(shù),但它做了以下的改進(jìn)。
A.流水線條數(shù)從奔騰的兩條增至三條,還有十一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行單元并行支持。
B.在執(zhí)行中采取了無(wú)序執(zhí)行(out-of-orderprocessing)技術(shù)。即當(dāng)某條指令需要一些數(shù)據(jù)而未能立即執(zhí)行完畢時(shí),它將被剔出流水線并等待數(shù)據(jù),CPU則馬上執(zhí)行下條指令,就好比在裝配線上發(fā)現(xiàn)某件產(chǎn)品不太合格,而被淘汰,等待返工一個(gè)道理。這樣,可以防止一條指令不能執(zhí)行而影響了整個(gè)流水線的效率。
C.在P6中將指令劃分成了更細(xì)的階段,從而使邏輯設(shè)計(jì)、工序等等更為簡(jiǎn)化,提高了速度。在486芯片中,一條指令一般被劃分為五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的部分,奔騰亦是如此。而在P6中,由于采用了近似于RISC的技術(shù),一條指令被劃分成了創(chuàng)紀(jì)錄的十四個(gè)階段。這提高了流水線的速度。
那么,P6的超流水線技術(shù)是否將流水線工藝發(fā)揮到了呢?還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未到,在P7中也許我們將看到全新的設(shè)計(jì)。
流水線與生產(chǎn)線的區(qū)別:流水線是指一個(gè)生產(chǎn)車(chē)間在一條流水線機(jī)上完成操作流程。而生產(chǎn)線是指工廠的整體生產(chǎn)流程。比如從接單,開(kāi)始設(shè)計(jì)到大量生產(chǎn)。這是生產(chǎn)流程。