2010软件水平考试软件设计师重点难点辅导(2)

 　　流水线这个知识点在软件设计师考试中是个重点也是个难点，考查的频率比较高。之所以说流水线是个难点，有两方面的原因：一方面是需要理解流水线的理论，了解其工作原理，计算方式;另一方面是在软考当中，对于流水线的相关计算，标准并不是完全统一的，这一点在后面我们将详细介绍。

　　流水线是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。各种部件同时处理是针对不同指令而言的，它们可同时为多条指令的不同部分进行工作，以提高各部件的利用率和指令的平均执行速度。

　　指令流水线是将指令执行分成几个子过程，每一个子过程对应一个工位，我们称为流水级或流水节拍，这个工位在计算机里就是可以重叠工作的功能部件，称为流水部件。

　　如图1所示，IF，ID，EX，WD分别是流水线的流水部件。

　　流水线要求所有的流水级部件必须在相同的时间内完成各自的子过程。在流水线中，指令流动一步便是一个机器周期，机器周期的长度必须由最慢的流水级部件处理子过程所需的时间来决定。

　　那么我们为什么要提出流水线这个概念，以及流水线是如何提高系统吞吐量的呢?下面我们来看几个图，概念自然就清楚了。

　　图2是一个非流水线结构系统执行指令时空图。

　　我们从图2中可以看到，任意一个系统时间都有大量的设备处于空闲状态，如第一个时间段有ID，EX，WB空闲，则第二个时间段有IF，EX，WB空闲。

　　我们再来看采用了流水线结构的时空图3。

　　显然，采用流水线可以大大提升系统资源的利用率，以及整个系统的吞吐量。

　　流水线的操作周期取决于基本操作中最慢的那个。例如：一个3段流水线，各段的执行时间分别为t，2t，t。则最慢的一段为2t，所以流水线操作周期为2t。