计组-流水线吞吐率、加速比、效率计算

吞吐率：指流水线在单位时间内处理的任务的数量

例如，某港口的年吞吐率是多少万吨，就是一年内进出港口的货物的数量情况

而流水线吞吐率计算公式就是：将流水线当中执行到的指令条数，去除以流水线的执行时间（执行完指令条数的总时间）

得到的是单位时间里可以执行的指令条数

例如计算上图的流水线吞吐率，就是

1除以dt是一种理想情况，就是忽略流水线建立时间，比平常执行所多消耗的时间，上题中就是5ns比2ns多消耗的3ns

在流水线建立完成后，每一个流水线的周期就会完成一条指令的运行

即一个周期运行处一个指令

所以这个的意思就是一条指令所消耗的时间就是一个流水线周期dt

还是这个例题，可以算出不使用流水线时，共100条指令，每条指令都取指2，分析2，执行1，共5ns，所以100*5==500ns，之前算出使用流水线是5+（100-1）*2==203

所以加速比就是500/203

从上面的除法关系可以看到加速比是数值越高越好，即加速比可以说明使用流水线后产生的效果的好坏程度

效率就是在上图的时空图中，有多少的时间片是属于有效利用的情况，即阴影部分，有多少的时间片是没有去有效利用的，即空白部分，二者的比例分布情况

，

如上示意图，把要完成的任务分成4个部分S1,S2,S3,S4，S1到S3用的时间都是dt，S4用的时间是3dt，这时流水线的周期就要取最大的3dt，即每隔一个周期3dt出一个产品

可以看到虽然使用了流水线技术，但还有很多时间片是浪费了的（上图红色）

所以把阴影的带颜色的时间块数量求出来，再把整个时空图的时间块数量求出来，用阴影/全部==效率

阴影区的计算是一条指令的全部执行时间是1+1+1+3==6dt，总共有4条指令（横轴阴影），所以4*6==24dt

总时间区则是横轴共有15个dt的时间点，在每个时间点上有4个步骤同时执行，即4个时间片，所以是如图，横轴15，竖轴4,15*4==60dt

效率E==24%60==0.4

计算流水线的效率是为了设计更好更高效的流水线，这个题中的流水线的效率就不高，是因为S4这一步骤非常耗时，即流水线周期很长

而效率最高的流水线是每一个工作步骤的时长是相等的情况

如下图，一个执行完立刻执行下一个，紧密连接没有空余空间，浪费的只有刚开始建立流水线时和最后完成时的时间，中间执行过程是密集的