從4004到core i7：處理器的進(jìn)化史（3）-4-第一次加速

　　前面有位童鞋表示對POWER很感興趣，在這里現在不講，只貼一張7的die photo，上面已經(jīng)透露了很多有用的信息了~

　　45nm
　　1,200,000 transistors
　　8 core-32 thread
　　32MB L3$
　　32 slot max

　　呼~(yú)終于忙得差不多鳥(niǎo)~

　　在這個(gè)帖子中，我們會(huì )看到處理器設計中的第一次重大飛躍：流水線(xiàn)(pipeline)

　　為了理解什么是流水線(xiàn)，我們先來(lái)看一看一條汽車(chē)裝配線(xiàn)上的情況：

　　假設一輛汽車(chē)從無(wú)到有需要以下4個(gè)步驟：

　　焊接車(chē)身
　　底盤(pán)與車(chē)身結合
　　裝入發(fā)動(dòng)機
　　裝上輪子

　　我們再假設發(fā)動(dòng)機、車(chē)身的鋼板、輪子等等零件都是事先準備好的，它們的存儲量是充足的。

　　假設我們有一臺機床，上面有各種機械手，那么我們會(huì )怎么造汽車(chē)呢?

　　焊接車(chē)身-》底盤(pán)與車(chē)身結合-》裝入發(fā)動(dòng)機-》裝上輪子

　　假設上面每一個(gè)環(huán)節需要1分鐘，那么我們的生產(chǎn)速度是0.25輛/分鐘。

　　當然我們不會(huì )這么做，因為福特早就替我們想好了更高效的解決方案：

　　準備4臺機床，每臺機床都僅僅具備一個(gè)環(huán)節的工具即可。每臺車(chē)在完成一個(gè)環(huán)節的組裝后就立即流向下一個(gè)環(huán)節。

　　這樣我們可以保證4臺機床每一臺都不會(huì )空閑，并且得到了相當可觀(guān)的生產(chǎn)速度提升：1輛/分鐘。

　　我們終于有了第一個(gè)加速算法：

　　將整體工作分成N個(gè)環(huán)節。當這N個(gè)環(huán)節互相獨立的時(shí)候，最多可以獲得N倍的性能提升。

　　對于CPU來(lái)說(shuō)，這就相當于主頻提升了N 倍!

　　你可能時(shí)常聽(tīng)到所謂的超流水線(xiàn)，就是環(huán)節特別多的流水線(xiàn)。

　　現在你可能可以理解這些流水線(xiàn)被設計出來(lái)的初衷了：把任務(wù)分割的越細(流水線(xiàn)越深)，主頻理論上來(lái)說(shuō)就越高。當然，我們會(huì )在后面看到，過(guò)深過(guò)細的流水線(xiàn)反而會(huì )損害性能。比如說(shuō)，intel的netburst。

　　但是，當這N個(gè)環(huán)節互相之間產(chǎn)生相互依賴(lài)的時(shí)候該怎么辦呢?

　　看看以下的偽代碼：

　　...
　　mov reg1,0
　　nop(= no operation)
　　...
　　nop
　　mov reg1,1
　　mov reg2,reg1
　　nop
　　nop
　　...

　　再回憶一下我們前面說(shuō)過(guò)的指令執行的環(huán)節：

　　IF->ID->OC->EX->WB