计算机流水线

术语“流水线化”是指将顺序过程分解为子操作的技术, 每个子操作在与所有其他段同时运行的专用段中执行。

管道技术的最重要特征是可以同时在不同的段中进行多个计算。通过将寄存器与流水线中的每个段相关联, 可以实现计算的重叠。寄存器在每个段之间提供隔离, 以便每个段可以同时对不同的数据进行操作。

流水线组织的结构可以简单地表示出来, 方法是为每个段包括一个输入寄存器, 后跟组合电路。

让我们考虑一个组合乘法和加法运算的示例, 以更好地了解管道组织。

组合的乘法和加法运算是通过数字流完成的, 例如：

Ai* Bi + Ci for i = 1, 2, 3, ......., 7

将对数字执行的操作分解为子操作, 而每个子操作将在管道内的一个段中实现。

在管道的每个部分中执行的子操作定义为：

R1  ← Ai, R2 ← Bi		Input Ai, and Bi
R3 ← R1 * R2, R4 ← Ci	    Multiply, and input Ci
R5 ← R3 + R4			Add   Ci to product

以下框图表示在流水线的每个段中执行的组合以及子操作。

寄存器R1, R2, R3和R4保存数据, 并且组合电路在特定段中运行。

组合电路在给定段中生成的输出将用作下一个段的输入寄存器。例如, 从框图中, 我们可以看到寄存器R3用作组合加法器电路的输入寄存器之一。

通常, 管道组织适用于计算机设计的两个领域, 其中包括：

我们将在后面的部分中对它们进行讨论。