04 流水线的基本概念、流水线的性能指标
作者:互联网
目录
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基本概念
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流水线的段(级)
- 流水线中的子过程及其功能部件
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流水线的瓶颈
- 执行时间最长的段
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时空图
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流水线的分类
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按用于计算机系统的等级划分
- 部件级
- 一个功能对应一个部件
- 处理机级
- 更细化,比如取值指令对应一个部件
- 处理机间流水线
- 一个处理机只执行一个功能,比如一个计算机只执行一个加法指令
- 部件级
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按所完成的功能划分
- 单功能流水线
- 多功能流水线
- 各段通过不同的连接,从而实现不同功能的流水线
- 静态流水线
- 动态流水线
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按是否具有反馈回路分
- 线性流水线
- 非线性流水线
- 同一任务可能多次通过同一个段
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按任务流入和流出的顺序是否相同划分
- 顺序流水线
- 流入和流出完全相同
- 乱序流水线
- 可以不同
- 顺序流水线
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性能指标
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吞吐率
- 用TP表示
- 任务树(n)除以处理完所有任务所需要的时间(Tk)
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最大吞吐率
- TPmax=1/△t
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实际吞吐率
- TP=n/((k+n-1)△t)
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流水线瓶颈问题
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解决办法
- 减小瓶颈的执行时间
- 重复设置瓶颈段
- 比如,乘法运算占用的时间特别长,是加法运算的10倍,就可以在计算机中再增加9个一共10个乘法计算器,这样乘法计算的速度就提高了10倍,和加法运算所占用的时间一样的多
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- 用TP表示
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加速比
- 实际加速比
- S=n*k/(k+n-1)
- 最大加速比
- Smax=k
- 实际加速比
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效率
- 用E表示
- 设备的实际使用时间与整个运行时间的比值
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实际效率
- E=n/(n+k-1)
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最大效率
- Emax=1
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效率与其他性能指标的关系
- 当流水线各段时间相等时,流水线的效率与吞吐率成正比
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通过时空图计算效率
- E=(n个任务实际占用的时空区面积)/(时空区的总面积)
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影响(多功能)流水线性能的原因
- 多功能流水线在执行某一种运算时,总有一些段是空闲的
- 静态流水线在执行功能切换时,要等前一种运算全部流出流水线后才能进行后面的运算
- 运算之间存在着关联,后面有些运算要用到前面运算的结果
- 流水线的工作过程有建立与排空部分
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流水线的额外开销
- 流水寄存器存在建立时间和传输延迟
- 时钟偏移开销
- 时钟信号到达各流水寄存器的时间不是完全相同的
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增加流水线的段数(深度)可以提高流水线的性能
- 当流水线的段数特别小的时候,小到和时钟频率一样的时候,流水线的性能就无法再提高了,因为一个时钟频率已经没有多余时间再去执行其他的段了
- 冲突问题
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标签:运算,04,吞吐,瓶颈,流水线,效率,性能指标 来源: https://blog.csdn.net/qq_44756419/article/details/104904042