指令流水线中为什么每一个阶段是一个时钟周期? 5C

取指、译码、执行这只需要一个时钟周期就能完成吗?不应该是一个机器周期吗?

0

3个回答

流水线的引入提高的只是得系统的Throughput (吞吐率),即全速工作时候,单位时间内执行的指令数目增加了。但是如果仅看单条指令的绝对执行时间,这个量必然是增加的:因为 每多插入一级D flip-flop必然引入sequencing overhead

0

先问是不是,再问为什么。
比如Pentium 4,其alu是以2倍时钟运作的,所以每个时钟,可以执行2个stage(简单指令发射)
也有处理器是一个stage超过一个时钟的。
注意,这里说的是一个stage,比如Pentium 4,有20级流水线,执行一条指令就需要起码20个时钟/2,只是流水线隐藏掉延迟而已。

以上还没有考虑乱序执行,IO的延迟,考虑了情况就更复杂了。

0
weixin_42350469
weixin_42350469 一般说机器周期是取指时间,一个机器周期包含数个时钟周期,但在流水线中为什么说取指阶段是一个时钟周期呢(不是一个机器周期)?
大约一年之前 回复
qq_34228570
CavalryOuO 我不懂的地方是:一般说机器周期是取指时间,一个机器周期包含数个时钟周期,但在流水线中为什么说取指阶段是一个时钟周期呢(不是一个机器周期)?
大约一年之前 回复
caozhy
weixin_45841714 回复qq_34228570: 你可以想象一个汽车装配厂,每几分钟就会有一辆汽车下线。这好比时钟周期,对于某个装配环节,可能需要几分钟,也可能需要更长的时间。这相当于stage,单独看一辆车,从开始装配到出厂,需要几个小时甚至十几个小时,这相当于以调指令需要很多时钟完成。当装配汽车的同时,还有很多汽车也在同时装配,这就是流水线。
大约一年之前 回复
qq_34228570
CavalryOuO 那satge和机器周期是什么关系呢?
大约一年之前 回复

思考个小问题,处理器执行一条指令需要几个时钟周期。
对于软件工程师来说,印象流我们可能会觉得执行一条指令一个时钟周期嘛,一条指令算是一个最小的原子操作,不可能再细分了吧。
如果看看诸如《see mips run》,《arm体系架构》等书籍就会了解到,这个问题可没这么简单了,因为处理器设计中使用了流水线技术。
一条指令还是相当复杂的,处理器在一个时钟周期内肯定是完不成的,可能需要好多个时钟周期来完成执行。如果这样让处理器执行完一条指令,再去执行另一条,处理器的效率是很低的,假如一条指令是5个时钟周期完成,对于500MHZ的处理器串行运行指令,1秒内取指100000000次。
因此处理器引入了流水线技术,将一条指令划分为多个功能,由不同的功能部件来执行,并且这些功能部件可以并行工作。下面是一个arm7的三级流水线运行图。

0
Csdn user default icon
上传中...
上传图片
插入图片
抄袭、复制答案,以达到刷声望分或其他目的的行为,在CSDN问答是严格禁止的,一经发现立刻封号。是时候展现真正的技术了!
其他相关推荐
CPU指令的流水线执行
指令集是CPU体系架构的重要组成部分。CPU的指令执行一般包括取指、译码和执行,这是经典的三级指令执行流水线。本文阐述CPU流水线设计的由来和改进技术以及软件开发人员对于流水线需要注意的问题。
MIPS流水线以及分支延迟和加载延迟概念(一)
流水线阶段 描述 IF Instruction Fetch,取指 ID Instruction Decode,译码 EX Execute,执行 MEM Memory Access,内存数据读或者写 WB Write Back,数据写回到通用寄存器中
CPU的乱序执行、指令流水线技术
1、乱序执行 乱序执行(out-of-order execution)是指CPU采用了允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。比方Core乱序执行引擎说程序某一段有7条指令,此时CPU将根据各单元电路的空闲状态和各指令能否提前执行的具体情况分析后,将能提前执行的指令立即发送给相应电路执行。 在各单元不按规定顺序执行完指令后还必须由相应电路再将运算...
如何计算k段流水线执行n条指令的执行时间
来源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ec38d4f01007uw2.html 计算k段流水线执行n条指令的执行时间,有必要区分两种情况: 如果流水线中的各段执行时间均为t,那么执行n条指令的时间就是执行第一条指令的时间kt,加上其余n-1条指令各执行一段的时间(n-1)t。 如果流水线中的各段执行时间不等,且最长段的执行时间为tmax,那么执行n条指令的
6 流水线处理器题库
1、MIPS的五级流水线结构中,计算访存的地址是在哪个阶段完成的?  执行 2、MIPS的五级流水线结构中,读寄存器堆是在哪个阶段完成的?  译码 解析: 3、一个五级流水线的处理器,时钟频率为1GHz。指定运行一段5条指令的代码,在流水线不停顿的情况下,需要 9ns 参考: 需要5+(5-1)=9个时钟周期 每秒有1G个时钟周期 9个时钟周期需要 9 * 1/1G =...
指令流水线的吞吐率
假设一个四段流水线,取指段的时间为t,译码段的时间为t,取数段的时间为3t,执行段的时间为t。流水线示意图如下:       为了便于计算假设取指和译码段总是连续执行的。流水线执行n条指令时其执行过程的时空图如下图所示:         从图中不难看出,第一条指令的执行时间是6t;第二条指令在执行时停顿了两个周期,第二条指令的完成时间比第一条指令的完成
如何计算k段流水线执行n条指令的执行时间?
计算k段流水线执行n条指令的执行时间,有必要区分两种情况: 如果流水线中的各段执行时间均为t,那么执行n条指令的时间就是执行第一条指令的时间kt,加上其余n-1条指令各执行一段的时间(n-1)t。 如果流水线中的各段执行时间不等,且最长段的执行时间为tmax,那么执行n条指令的时间就是执行第一条指令的时间T,加上其余n-1条指令各执行最长段的时间(n-1) tmax。 文章来源:ht
简述时钟周期、机器周期、指令周期的概念及三者之间的关系
时钟周期       时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟脉冲的倒数(可以这样来理解,时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时间周期就是1/12 us),是计算机中最基本的、最小的时间单位。 在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟周期为250ns。由于时钟脉冲是计算机的基本
简述指令周期、机器周期、时钟周期
指令周期指令周期是CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和,一般由若干个机器周期组成,是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。机器周期机器周期也叫CPU周期,由于CPU访问一次内存所花的时间较长,因此用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。在计算机中,为了便于管理,常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段,每一阶段完成一项工作。如,取指令、存储器读、存储器写等,这每一项工作称为一个基本操作
指令流水线性能度量
 以下关于指令流水线性能度量的描述中,错误的是 ( )。 A.最大吞吐率取决于流水线中最慢一段所需的时间 B.如果流水线出现断流,加速比会明显下降 C.要使加速比和效率最大化应该对流水线各级采用相同的运行时间 D.流水线采用异步控制会明显提高其性能 异步流动是指任务从流水线流出的次序同流入流水线的次序不一样,也称为乱序流动或错序流动。性能会下降。
处理器中的流水线技术
处理器中的流水线技术 在现代处理器中,流水线是一个最基本的概念。在了解cpu的时候,很多时候会提及拥有多少级流水线。虽然这个概念并不是在计算机技术中诞生的,但是这个技术却在处理器世界中大放异彩。 流水线(Pipeline)技术是指程序在执行时候多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。通俗的讲将一个时序过程,分解成若干个子过程,每个过程都能有效的与其他子过程同时执行。这种思想最初是在RIS
指令流水线
将一条指令分割成多个子操作,子操作是有顺序的,后面的子操作依赖前一个子操作的结果,因此,子操作必须是串行的。它优化的地方在于,每个子操作有专门的硬件,如果当前指令的子操作的完成了,就可以执行下一个指令的子操作,显现出并行特性。             流水线技术把处理器的一条指令操作分解为若干个可以独立处理的子操作(如取指令、分析指令、执行指令),每个子操作在一个专门的硬件上进行,若干条
指令流水线—你理解多少?
http://blog.csdn.net/yi_zz/article/details/7479912 流水线: 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。概念我们说那么多,我们现在深入去理解,光有概念都是一些比较抽象的东西,我们看图:我们有三
计算机系统中几个周期的区别…
原文地址:计算机系统中几个周期的区别、微指令与机器指令关系作者:小磊OYE 时钟周期,一般也称振荡周期(如果晶振的输出没有经过分频就直接作为cpu的工作时钟,则时钟周期就等于振荡周期)。通常成为节拍脉冲或者T周期,它是cpu处理操作的最基本单位。   机器周期,一般也成为CPU周期,由于CPU的内部操作很快,而CPU访问一次内存的时间较长,因此通常用内存中读取一个指令字最短的时间来规定CPU周
【计算机系统】指令流水线
前言                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。各部件同时处理是针对不同指令而言的,比如说,指令流水线把一条指令分为取指、分析和执行3部分,可以同时处理取指和分析,但是不能同时处理一个部分,如不能同时处理取指操作。         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,我们称之为流水级或流水节
计算机组成原理:时钟周期、机器周期和指令周期
时钟周期:一个时钟脉冲所需要的时间。在计算机组成原理中又叫T周期或节拍脉冲。是CPU和其他单片机的基本时间单位。它可以表示为时钟晶振频率(1秒钟的时钟脉冲数)的倒数(也就是1s/时钟脉冲数,比如1/12MHz),对CPU来说,在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,控制着计算机的工作节奏。时钟频率越高,时钟周期就越短,工作速度也就越快。时钟周期在CPU的描述
Arm汇编学习笔记(七)——ARM9五级流水及流水线互锁
本文主要是通过分析五级流水及流水线互锁的原理,从而可以编写出更加高效的汇编代码。 1. ARM9五级流水线 ARM7采用的是典型的三级流水线结构,包括取指、译码和执行三个部分。其中执行单元完成了大量的工作,包括与操作数相关的寄存器和存储器读写操作、ALU操作及相关器件之间的数据传输。这三个阶段每个阶段一般会占用一个时钟周期,但是三条指令同时进行三级流水的三个阶段的话,还是可以达到每个周
计算机组成原理(4)-中央处理器CPU-流水CPU
并行处理技术 串行处理:计算机的各个操作(如读/写存储器,算术或逻辑运算,I/O操作)只能串行地完成,即任一时刻只能进行一个操作。 并行处理:计算机的各个操作能同时进行,从而大大提高了计算机的速度。 并行性 含义: 1.同时性,指两个以上事件在同一时刻发生。 2.并发性,指两个以上事件在同一时间间隔内发生。 三种形式: 1.时间并行(时间重叠) 让多个处理过程在时间上相互错开,轮...
ARM中流水线分析——以三级流水线进行分析
一、ARM流水线技术基础知识        流水线技术通过多个功能部件并行工作来缩短程序执行时间,提高处理器的效率和吞吐率。ARM7是冯·诺依曼结构,采用了典型的三级流水线,而ARM9则是哈佛结构,采用五级流水线技术,而ARM11则更是使用了7级流水线。通过增加流水线级数,简化了流水线的各级逻辑,进一步提高了处理器的性能。         在ARM7中,执行单元完成了大量的工作,包括与操作数相关...
时钟周期,机器周期,指令周期的理解
时钟周期:一个时钟脉冲所需要的时间。在计算机组成原理中又叫T周期或节拍脉冲。是CPU和其他单片机的基本时间单位。它可以表示为时钟晶振频率(1秒钟的时钟脉冲数)的倒数(也就是1S/时钟脉冲数,比如1/12MHz),对CPU来说,在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,控制着计算机的工作节奏。时钟频率越高,时钟周期就越短,工作速度也就越快。时钟周期在CPU的描述
机器周期,指令周期,时钟周期,节拍与晶振
机器周期,指令周期,时钟周期,节拍与晶振 时钟周期        时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟脉冲的倒数(时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时钟周期就是1/12us),是计算机中的最基本的、最小的时间单位。        在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,控制着计算机的工作节奏。时钟频率越高,工作速
处理器一条指令需要几个时钟周期?
思考个小问题,处理器执行一条指令需要几个时钟周期。 对于软件工程师来说,印象流我们可能会觉得执行一条指令一个时钟周期嘛,一条指令算是一个最小的原子操作,不可能再细分了吧。 如果看看诸如《see mips run》,《arm体系架构》等书籍就会了解到,这个问题可没这么简单了,因为处理器设计中使用了流水线技术。 一条指令还是相当复杂的,处理器在一个时钟周期内肯定是完不成的,可能需要好多个时钟周期来
时钟周期 机器周期 指令周期的概念
时钟周期:      时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟脉冲的倒数(可以这样来理解,时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时间周期就是1/12 us),是计算机中最基本的、最小的时间单位。        在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟 周期为250us。由于时钟脉
什么是时钟周期?什么是机器周期?什么是指令周期?
时钟周期  时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟脉冲的倒数(可以这样来理解,时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时间周期就是1/12 us),是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟周期为250ns。由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,它控
ARM的三级流水线结构(一)
ARM的三级流水线结构 PC=PC+8分析
单片机时钟周期、机器周期、指令周期的区别
时钟周期:    时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟脉冲的倒数(可以这样来理解,时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时间周期就是1/12 us),是计算机中最基本的、最小的时间单位。    在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟 周期为250us。由于时钟脉冲是计算机的基本
关于 机器周期、时钟周期、总线周期、指令周期
周期 是时间长短的单位,微秒或纳秒 时钟周期(基本单位)=晶振频率的倒数 机器周期(与时钟周期有固定换算关系)=12时钟周期(此谓12分频) 指令周期(与时钟周期无固定换算关系),视指令复杂程度,会有1个或多个机器周期,称单周期指令,双周期指令。。。等 总线周期(与时钟周期无固定换算关系),CPU通过总线对微处理器外部(存贮器或I/O接口)进行一次访问所需时间,一般包含4个时钟周期,T1状
时钟周期,机器周期,指令周期的区别
时钟周期          时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟脉冲的倒数(时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时钟周期就是1/12us),是计算机中的最基本的、最小的时间单位。        在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,控制着计算机的工作节奏。时钟频率越高,工作速度就越快。          8051单片机把一个时钟
ARM三级流水线
从上图中我们看到CPU内部有3个主要组成部分:指令寄存器,指令译码器,指令执行单元(包括ALU和通用寄存器组)。 CPU在执行1条指令的时候,主要有3个步骤:取指(将指令从内存或指令cache中取入指令寄存器);译码(指令译码器对指令寄存器中的指令进行译码操作,从而辨识出该指令是要执行add,或是sub,或是其它操作,从而产生各种时序控制信号);执行(指令执行单元根据译码的结果进行运算并保存结果)
机器周期、振荡周期、时钟周期、状态周期???
节拍与状态:把振荡脉冲的周期定义为节拍(用p表示)。振荡脉冲经过二分频后定义为状态。一个状态就包含两个节拍。 指令周期(Instruction Cycle):取出并执行一条指令的时间。 总线周期(BUS Cycle):也就是一个访存储器或I/O端口操作所用的时间。 时钟周期(Clock Cycle):又称震荡周期,是处理操作的最基本单位。(晶振频率的倒数) 指令周期、总线周期和时钟周期之间...
流水线概述
流水线技术是rum
指令周期、时钟周期、总线周期概念辨析
在计算机中,为了便于管理,常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段,每一阶段完成一项工作。例如,取指令、存储器读、存储器写等,这每一项工作称为一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下,一个机器周期由若干个S周期(状态周期)组成。通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期,(也就是 计算机通过内部或外部总线进行一次信息传输从而完成一个或几个微操作所需要的时间)),它
总线周期 与总线传输周期
通常将完成一次总线操作的时间称为总线周期。 (1)申请分配阶段:由需要使用总线的主模块提出申请,经总线仲裁机构决定下一个传输周期的总线使用权授予某一申请者 (2)寻址阶段:取得了使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块的地址及有关命令,启动参与本次传输的从模块 (3)传送数据阶段:主模块和从模块进行数据交换 (4)结束阶段:主模块的有关信息均从系统总线上撤除,让出总线使用权。   ...
计算机组成原理第五章测试
一 单项选择题 试题1 满分值:2.0分 状态:已答 实际得分:2.0分 指令译码器是对( )进行译码。 整条指令 指令中的操作码字段 指令的地址 指令的操作数字段 [参考答案] 指令中的操作码字段 [我的答案] 指令中的操作码字段 试题2 满分值:2.0分 状态:已答 实际得分:2.0分 在计算机中,存放微程序的控制存储器属于( )。 外存 高速缓存 内存 CPU [参考答案...
时钟周期、总线周期(机器周期)区别
8086CPU 执行一条指令是由取指令、译码和执行等操作组成的,为了使 8086CPU 的各种操作协调同步进行, 8086CPU 必须在时钟信号 CLK 控制下工作,时钟信号是一个周期性的脉冲信号,一个时钟脉冲的时间长度称为一个时钟周期 (Clock Cycle),是时钟频率(主频)的倒数,时钟周期是计算机系统中的时间基准,是计算机的一个重要性能指标,也是时序分析的刻度, 8086 的主频为
MIPS流水线
MIPS通常包含5个步骤: 1.存储器取指令 2.指令译码同时读寄存器 3.执行操作或计算地址 4.在数据存储器中读取操作数 5.结果写回寄存器
ARM流水线解析
原文章地址:http://blog.chinaunix.net/uid-25070882-id-3069318.html   流水线技术通过多个功能部件并行工作来缩短程序执行时间,提高处理器核的效率和吞吐率,从而成为微处理器设计中最为重要的技术之一。ARM7处理器核使用了典型三级流水线的冯·诺伊曼结构,ARM9系列则采用了基于五级流水线的哈佛结构。通过增加流水线级数简化了流水线各
51单片机机器周期和时钟周期的算法
51单片机机器周期和时钟周期的算法 1个机器周期等于12个振荡周期,振荡周期也叫时钟周期,时钟周期即晶振的单位时间发出的脉冲数,如12MHZ=12×10的6次方,即每秒发出12000000个脉冲信号,那么发出一个脉冲的时间就是时钟周期,即1/12微秒;如11.0592MHZ=11.0592×10的6次方,即每秒发出11059200个脉冲信号,那么发出一个脉冲的时间就是时钟周期,即1/11.059
时钟--时钟周期、机器周期、指令周期
1.时钟周期 单片机时钟频率的倒数  它可以表示为时钟晶振频率(1秒钟的时钟脉冲数)的倒数(也就是1s/时钟脉冲数,比如1/12MHz), 是CPU和其他单片机的基本时间单位。对CPU来说,在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,控制着计算机的工作节奏。时钟频率越高,时钟周期就越短,工作速度也就越快。时钟周期在CPU的描述里也叫节拍,即将一个机器周期划分
优化分支代码——避免跳转指令堵塞流水线
File:      noifop.txt Name:      优化分支代码——避免跳转指令堵塞流水线 Author:    zyl910 Blog:      http://blog.csdn.net/zyl910/ Version:   V2.00 Updata:    2006-10-11 (注意修改下载后的扩展名) 一、起因——饱和处理   在编写图象处理程序时,经常
文章热词 机器学习教程 Objective-C培训 交互设计视频教程 颜色模型 设计制作学习
相关热词 mysql关联查询两次本表 native底部 react extjs glyph 图标 java学习阶段’ 云计算学习阶段