流水线技术.doc

流水线技术的由来
　　1769年，英国人乔赛亚·韦奇伍德开办埃特鲁利亚陶瓷工厂，在场内实行精细的劳动分工，他把原来由一个人从头到尾完成的制陶流程分成几十道专门工序，分别由专人完成。这样一来，原来意义上的“制陶工”就不复存在了，存在的只是挖泥工、运泥工、扮土工、制坯工等等制陶工匠变成了制陶工场的工人，他们必须按固定的工作节奏劳动，服从统一的劳动管理。
计算机流水线
　　计算机流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5—6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5—6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水，即指令预取、译码、执行、写回结果，浮点流水又分为八级流水。
　　计算机流水线（Pipeline）技术是目前广泛应用于微处理芯片（CPU）中的一项关键技术，计算机流水线技术指的是对CPU内部的各条指令的执行方式的一种形容，要了解它，就必须先了解指令及其执行过程。
1、计算机指令及其执行过程
　　计算机指令，就是告诉CPU要做什么事的一组特定的二进制集合。如果我们将CPU比喻成一个加工厂，那么，一条指令就好比一张订单，它引发了CPU_加工厂的一系列动作，最后分别得到了运算结果和产品。那么，它们到底是怎样工作的呢？首先，要有一个接收订单的部门——CPU的取指令机构；其次，还要有完成订单的车间——CPU的执行指令机构。在工厂中，一张订单上的产品被分成了许多道工序，而指令亦在CPU中转换成了许多条对应的微操作，依次完成它们，就执行完了整条指令。
2、执行指令的方式及流水线技术
　　在低档的CPU中，指令的执行是串行的，简单地说，就是执行完了一条指令后、再执行下一条指令，好比我们上面提到的那个加工厂在创业之初，只有一间小车间及孤军奋战的老板，那么，当他接到一张订单之后，他必然忙于完成第1张订单，而没有能力去接第2张订单。这样接订单→完成订单→接订单→……取指令→执行指令→取指令→……是一个串行的过程。后来，老板发现接受订单不费太多时间，而且他还有了一个帮工，他们可以相互独立地工作，这样，老板就在完成上张订单产品的同时，接受下一张订单的订货。这表现在CPU上就是取指令机构与执行指令机构的分开，这样从CPU整体来看，CPU在执行上条指令的同时，又在并行地取下条指令。这在CPU技术上是一个质的飞跃，它使得CPU从串行工作变为并行工作，从而具有了流水线的雏型。
　　CPU在完成了上面这一步之后，剩下的就是如何提高并行处理能力的问题了，CPU的设计者们从加工厂的装配线得到启发，将一条指令的执行分解成了许多各不相同的多个工序_微指令，从而极大地简化了指令的复杂度，简化了逻辑设计，提高了速度。在具有流水线技术的CPU中，上条指令刚执行完第一道“工序”，马上第二条指令就加入了流水线中，开始执行。很明显，这种流水线技术要求有多个执行单元，这在X86芯片中均得到了实现。
　　通过上面的介绍，我们已经了解到什么是流水线技术，这虽不是一种创新，但在技术的实现上则是一大难关，是CPU设计者对计算机发展的一大贡献。
　　那么，P6芯片的超流水线又是怎么回事呢？
3、P6的超流水线简介
　　超流水线（Super Pipeline）在本质上仍为一种流水线技术，但它做了以下的改进。
　　A．流水线条数从奔腾的两条增至三条，还有十一个独立的执行单元并行支持。
　　B．在执行中采取了无序执行（out－of－orderprocessing）技术。即当某条指令需要一些数据而未能立即执行完毕时，它将被剔出流水线并等待数据，CPU则马上执行下条指令，就好比在装配线上发现某件产品不太合格，而被淘汰，等待返工一个道理。这样，可以防止一条指令不能执行而影响了整个流水线的效率。
　　C．在P6中将指令划分成了更细的阶段，从而使逻辑设计、工序等等更为简化，提高了速度。在486芯片中，一条指令一般被划分为五个标准的部分，奔腾亦是如此。而在P6中，由于采用了近似于RISC的技术，一条指令被划分成了创纪录的十四个阶段。这极大地提高了流水线的速度。
　　那么，P6的超流水线技术是否将流水线工艺发挥到了极限呢？还远远未到，在P7中也许我们将看到全新的设计。
　　流水线与生产线的区别：流水线是指一个生产车间在一条流水线机上完成操作流程。而生产线是指工厂的整体生产流程。比如从接单，开始设计到大量生产。这是生产流程。