计算机解疑补漏之理解流水线的几点要义

流水线的几点注意

关于流水线的时钟频率、时钟周期

流水线的整体效率取决于最耽误事的那个结点，即流水线级数中最长延迟那个。(因为流水线是前后顺序传递的)

• 时钟周期：就是刚才说的那个最慢的那个级，即：最长延迟。
• 时钟频率；时钟周期的倒数，即：单位时间内的周期数。主频的计算就来源于此。

超级流水线与超标量流水线

之所以会有超级流水线，就是因为有多级流水线中最耽误事的结点存在，所以将这个结点细分。因为这是这是影响全局的关键因素，但并不是说越细分就越越好，细分是有成本的，增加流水线寄存器也是要有延迟的。所以当增加的流水线延迟大于细分分开的延迟，那就得不偿失了。

• 超级流水线：增加流水线的级数（深度），目的是降低时钟周期，从而提升时钟频率。（有好处才这么做）
• 超标量流水线：这是相对于标量而言的，标量流水线：就是正常的一条，而超标量可以是两条以上。即利用空间并行性来节省时间。

补充：现代的多核处理器的每个核通常都是超标量处理器，但是超标量处理器不等于多核处理器（CPU）。

区分流水线的三种冒险

一共三种冒险，分别是数据冒险、结构冒险、控制冒险，可以直接从其名字加以区分，但是理解不到位，容易混淆。

• 数据冒险：与数据有关，数据的产生与ALU有关，所以，这里的冒险是指，ALU计算出数据还没有回写时就要被用到，那正常情况一定是用不到的。（不过有解决方法：数据前递，但也不是完全解决，比如正在进行ALU计算时就要这个数据，那也是得不到的）

• 结构冒险：与结构有关，比如指令和数据放在了同一个存储器，因为一次允许一个指令读，所以要冒险；还有读寄存器和写寄存器同时发生，又是发生争抢，要冒险。

• 控制冒险：控制去哪呗，比如一个分支指令，还不清楚下一步要去哪的时候，执行紧随它之后的指令是很悬的，所以又要冒险了。