CPU Pipeline：如何查找平均指令执行时间

Question

在具有四（4）阶段管道的CPU中，由fetch，decode，execute和write组成 回来，每个阶段分别需要10,6,8和8 ns。以下哪一项是 CPU中近似平均指令执行时间（纳秒）（ns）？在这里， 要执行的指令数量足够大。另外，开销也是如此 流水线处理过程可以忽略不计，忽略所有危险的延迟影响。

a）6 b）8 c）10 d）32

答案是10ns。但我认为它可能是8ns，因为执行阶段需要8ns.please解释简单。谢谢

Answer 1

每条指令必须通过四个阶段。一旦管道满了，指令流入和流出由最长阶段的持续时间决定：

             Fetch|Decode|Exec|Write|
             10ns | 6ns  |8ns | 8ns |
             -----+------+----+-----+
I7 I6 I5 -->  I4  : I3   : I2 : I1    --> out
             -----+------+----+-----+

I1..I7 are instructions. I1..I4 are in the pipeline, I5..I7 are
waiting to enter the pipeline.

• 6ns之后I3准备从Decode移动到Exec，但不能因为阶段Exec仍然被I2占用

• 经过2ns（总共8ns）后，I1移出Write，I2从Exec移到Write，I3最终从Decode移到Exec

• I4仍在阻止抓取，因此I5无法进入

• 经过2ns（总共10ns）后，I4从Fetch移动到Exec，I5可以进入。

你看到管道一直停止，直到最长的阶段完成;每10ns一条指令进入管道。 （Decode阶段将占空闲时间的40％，Exec和Write阶段占20％的时间。）

Answer 2

在流水线情况下，“输出产生的速率”由最慢的阶段决定。管道的其余部分工作的速度无关紧要，速率解码器的操作受到限制。因此，我们可以预期管道每10 ns产生一次输出。 “产生输出的速率”可以解释为平均执行时间。所以10 ns。