流水线的性能指标

吞吐率

• 吞吐率：指的是流水线单位时间里能流出的任务数或结果数。

最大吞吐率

连续无数条指令流入的情况，不考虑流水线建立时所用时间。从第一条指令执行结束到第二条指令执行结束所有的时间为Δt, $T_P=\frac {1}{Δt}$TP​=Δt1​又分为一下两种情况：　
①各子过程经过的时间都是Δt2,满负荷后流水线每隔Δt2解释完一条指令。其最大吞吐率 $T_{P_{max}}=\frac{1}{Δt2}$TPmax​​=Δt21​

②如果各个子过程所需的时间不相等，分别为Δt1、Δt2 、Δt3、Δt4，时间周期max{Δt1,Δt2,Δt3,Δt4}, 流水线的最大吞吐率 $T_{P_{max}}=\frac{1}{max(Δt1,Δt2,Δt3,Δt4)}$TPmax​​=max(Δt1,Δt2,Δt3,Δt4)1​

$T_{P_{max}}=\frac{3}{Δt0}$TPmax​​=Δt03​

瓶颈段

• 什么是瓶颈段：流水线中最慢的一段。
• 瓶颈子过程：流水线中经过时间最长的子过程
• 解决方案
  瓶颈子过程再细分。
  
  重复设置多套瓶颈段并联，让它们交叉并行
  

实际吞吐率

$T_P =\frac{n}{T_k}$TP​=Tk​n​,n是任务完成数目，Tk是总共用时


线性流水线各段经过的时间Δti不等时,其中瓶颈段的时间为Δtj，
则完成n个任务所能达到的实际吞吐率

加速比

不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间比即为加速比。$S_p=\frac {没有使用流水线的时间}{使用流水线的时间}=\frac {T_{串行}}{T_{并行}}$Sp​=使用流水线的时间没有使用流水线的时间​=T并行​T串行​​

效率

流水线的设备利用率被称为流水线的效率。
从时—空图上看，效率实际上就是n个任务占用的时空区面积和m个段总的时—空区面积之比。

例题

【例5-2】设向量A和B各有4个元素，要在图5-24(a)所示的静态双功能流水线上计算向量点积$A·B=\sum_{i=1}^4{a_i\times b_i}$A⋅B=∑i=14​ai​×bi​ 。其中，1→2→3→5组成加法流水线，1→4→5组成乘法流水线。又设每个流水线所经过的时间均为Δt，流水线输出可直接返回输入或暂存于相应缓冲寄存器中，其延迟时间和功能切换所需的时间都可忽略。现求出流水线从开始流入到结果流出这段时间的实际吞吐率Tp和效率η。

①其实际吞吐率Tp=7/(15Δt)，
②顺序方式所需时间为4×3Δt+3×4Δt=24Δt。，加速比为Sp=24Δt/(15Δt)=1.6
③)效率：该流水线的效率可用阴影区面积和全部5个段的总时-空区面积之比求得，即