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流水线:不提速也能提升吞吐量

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内容

电信号的传播速度受物理极限约束(接近光速),单条指令从取指到执行所需的最短时间存在下限,继续提速最终会退化为纯粹的小型化竞赛。流水线技术换了一个优化目标:不追求单条指令更快执行完,而是让机器周期的各个阶段(取指、译码、执行)互相重叠——当一条指令正在执行时,下一条指令已经在被取出——从而在总执行时间不变的情况下提高单位时间内完成的指令数(吞吐量)。JUMP 指令会让预取的下一条指令作废,这是流水线技术的天然代价。发散:这是”延迟”与”吞吐量”两个性能指标可以被分别优化的经典例证——优化吞吐量不需要缩短单个任务的耗时,只需要让多个任务的处理过程首尾重叠,这个思路在软件层面对应的正是流水线式的批处理和异步管道设计。

参考来源

《计算机科学概论》第2章《数据操控》