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yuyang911220

流水线（pipeline）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。流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由5—6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5—6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，因此提高CPU的运算速度。经典奔腾每条整数流水线都分为四级流水，即指令预取、译码、执行、写回结果，浮点流水又分为八级流水。   由于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。因此在嵌入式系统中经常会用到流水线技术，例如ARM、FPGA都会采用流水线技术。
   下面针对ARM的各种架构来分析流水线技术。
   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，ARM10采用6级流水线，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，包括与操作数相关的寄存器和存储器的读写操作、ALU操作和相关器件之间的数据传输，因此占用了多个时钟周期。其三级


   ARM9增加了两个功能部件，分别访问存储器并写回结果，同时，ARM9将读寄存器的操作转移到译码部件上，使得流水线各部件的功能更平衡。因此采用了5级流水线。

   五级流水线也有它的缺点，即使存在一种互锁，即寄存器冲突。读寄存器是在译码阶段，写寄存器是在回写阶段。如果当前指令(A)的目的操作数寄存器和下一条指令(B)的源操作数寄存器一致，B指令就需要等A回写之后才能译码。这就是五级流水线中的寄存器冲突。ARM10处理器的流水线为了解决寄存器冲突的问题，增加了预取操作。因此ARM10由6级流水线组成，利用预取、发送操作来取代ARM9中的取值操作。
ARM11处理器的流水线和以前的ARM内核不同，它由8级流水线组成，比以前的ARM内核提高了至少40%的吞吐量。8级流水线可以使8条指令同时被执行。