流水线数据通路

Question

在MIPS架构中使用流水线数据路径意味着什么？

我读过的所有例子都包括洗衣服和等待完成某些任务，然后继续学习其他任务很容易理解。

我希望有更深入的技术解释，说明流水线数据通路如何帮助MIPS架构更快地运行以及停顿如何工作。

Answer 1

我认为最好的解释是在你的教科书中，StackOverflow有点狭隘，无法深入解释，但无论如何 -

管道只是将一系列任务分解为连续步骤的一种方法。流水线CPU在与时钟同步的步骤之间具有特殊锁存器，因此在每个时钟周期，每个步骤都可以执行其任务，并将结果发送到下一个步骤。流水线的最大好处来自于这样一个事实：一旦你将第一个元素送入管道（就像一个指令，或一袋洗衣，或者是一个洗衣店），下一个循环它可以自由地接受下一个元素，早于前一个元素完成了完整的数据路径（正如多周期MIPS所做的那样）。

这允许您在稳定状态下，每个周期将一个元素输入管道，假设没有检测到控制/数据危险。因此，机器的峰值吞吐量每个周期保持1个元素（CPU命名法中的IPC = 1），而对循环的长度几乎没有限制！从理论上讲，您可以将工作划分为更简单，更短的阶段，并缩短周期时间（提高频率，每次工作的总体吞吐量）。

当然有一些限制，正如CPU行业不久前发现的那样 - 一旦管道变得太大，冲洗的惩罚（我们之前忽略了）会成为一个巨大的惩罚，所以并非所有的玫瑰都是如此。寻找深度和复杂性的甜点基本上是管道设计的关键点。