软考之系统架构师重点知识点梳理——流水线

关键词

1. 流水线周期
2. 流水线执行时间
3. 任务数量
4. 吞吐率
5. 加速比

流水线周期和执行时间的计算

定义：流水线周期 选择流水线执行 时间最长 的那个作为流水线周期

1. 流水线执行时间如何计算？
   （1）理论公式（80%考试用这个）：
   指令全部的执行时间 + （N - 1）x 流水线周期
   （2）实践公式：
   （K + N - 1） x 流水线周期，其中 k 指的是工序数，题目中工序为取址、分析、执行，工序数为 3
2. 案例
   如果有 100 条执行需要执行，每条指令取值 3 纳秒，分析 4 纳秒，执行 1 纳秒，那么使用流水线后需要多少时间？
   解法1-理论公式：
   （3+4+1）+（100-1）x 4= 404
   解法2-实践公式：
   （3+100-1）x 4 = 408

流水线吞吐率计算

定义：流水线 吞吐率 指的是单位时间内，流水线所完成的指令数量。

1. 如何计算吞吐率？
   公式：吞吐率 = 指令条数 / 流水线执行时间
2. 最大吞吐率如何计算？
   公式：最大吞吐率 = 1 / 流水线周期
   3.** 案例**
   如果有 100 条执行需要执行，每条指令取值 3 纳秒，分析 4 纳秒，执行 1 纳秒，那么流水线吞吐率？最大吞吐率分别为多少？
   （1）吞吐率 = 100 / [ (3+4+1)+(100-1)x4]
   （2）最大吞吐率 = 1 / 4

流水线加速比

流水线加速比 = 不使用流水线执行时间 / 使用流水线执行时间

1. 案例：如上
   [(3 + 4 + 1) x 100] / （3+4+1）+（100-1）x 4

流水线效率计算

公式：流水线的效率 = 被占用的时空格 / 总的时空格

1. 案例：
   有 100 条执行需要执行，每条指令取值 3 纳秒，分析 4 纳秒，执行 1 纳秒。
   总的时空格 = 指令工序数 x 指令全部的执行时间 = 3 x 404 = 1212。
   被占用的时空格 = （3 + 4 + 1） * 100 = 800。
   所以流水线效率 = 800 / 1212