影响流水线性能的因素(结构相关 数据相关 控制相关)

流水线性能

原理

为提高处理器执行指令的效率，把一条指令的操作分成多个细小的步骤，每个步骤由专门的电路完成。

例如一条指令要执行要经过3个阶段：取指令、译码、执行；每个阶段都要花费一个时钟周期，如果没有采用流水线技术，那么这条指令执行需要3个时钟周期；如果采用了指令流水线技术，那么当这条指令完成“取指”后进入“译码”的同时，下一条指令就可以进行“取指”了，这样就提高的指令的执行效率。

影响流水线性能的因素

要使流水线具有良好的性能，必须设法使流水线能畅通流动，即必须做到充分流水，不出现断流。

然而在实际流水中会出现三种相关：结构相关、数据相关、控制相关，这三个相关使流水线充分流水很难实现。

结构相关

结构相关是指当指令在重叠执行过程中，不同指令争用同一功能部件产生资源冲突时产生的。

通常，大多数机器都是将指令和数据保存在同一存储器中，且只有一个访问口，如果在某个时钟周期内，流水线既要完成某条指令对操作数的存储器访问操作，又要完成另一条指令的取指操作，这就会发生访存冲突。这就是结构相关。

解决访存冲突的一个办法停顿，另一种是设置两个独立的存储器分别存放操作数和指令，以免取指令和取操作数冲突。

数据相关

数据相关是指令在流水线中重叠执行时，当后继指令需要用到前面的指令产生的结果时发生的。

控制相关

控制相关是当流水线遇到转移指令引起的。统计表明，转移指令约占总指令的四分之一左右，比起数据相关，它会使流水线丧失更多的功能。

流水线性能

流水线性能通常用吞吐率、加速比和效率三项指标衡量。