資料介紹
比如:51單片機30M主頻,STM32單片機20M主頻,執行相同一段代碼可能主頻更低的STM32所花的時間更短。
這里就牽涉到CPU流水線的問題,本文圍繞CPU流水線描述相關內容。
一、早期CPU流水線
1.流水線來源
流水線的概念來源于工業制造領域,以汽車裝配為例來解釋流水線的工作方式,假設裝配一輛汽車需要四個步驟:
1.沖壓:制作車身外殼和底盤等部件; 2.焊接:將沖壓成形后的各部件焊接成車身; 3.涂裝:將車身等主要部件清洗、化學處理、打磨、噴漆和烘干; 4.總裝:將各部件(包括發動機和向外采購的零部件)組裝成車;
汽車裝配需要沖壓、焊接、涂裝和總裝四個工人,最簡單的方法是一輛汽車依次經過上述四個步驟裝配完成之后,下一輛汽車才開始進行裝配,最早期的工業制造就是采用的這種原始的方式,即同一時刻只有一輛汽車在裝配。
不久之后人們發現,某個時段中一輛汽車在進行裝配時,其它三個工人都處于閑置狀態,顯然這是對資源的極大浪費,于是思考出能有效利用資源的新方法,即在第一輛汽車經過沖壓進入焊接工序的時候,立刻開始進行第二輛汽車的沖壓,而不是等到第一輛汽車經過全部四個工序后才開始,這樣在后續生產中就能夠保證四個工人一直處于運行狀態,不會造成人員的閑置。這樣的生產方式就好似流水川流不息,因此被稱為流水線。
2.CPU流水線
1989 年推出的 i486 處理器引入了五級流水線。這時,在 CPU 中不再僅運行一條指令,每一級流水線在同一時刻都運行著不同的指令。這個設計使得 i486 比同頻率的 386 處理器性能提升了不止一倍。
五級流水線中的取指階段將指令從指令緩存中取出(i486 中的指令緩存為 8KB);
第二級為譯碼階段,將取出的指令翻譯為具體的功能操作;
第三級為轉址階段,用來將內存地址和偏移進行轉換;
第四級為執行階段,指令在該階段真正執行運算;
第五級為退出階段,運算的結果被寫回寄存器或者內存。
由于處理器同時運行了多條指令,大大提升了程序運行的性能。
二、CPU流水線技術
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