前言

一听到流水线，我就想到工厂中流水线上的工人，只需要重复做一样工作即可

等以后退休了，我也想去工厂给饼干扎洞洞哈哈哈

正文

目前我看到的使用流水线的场景，大多是用面积换速度的场景

一、什么是流水线

流水线技术：一个启动程序指令的并行执行的过程。在原本的组合逻辑中，插入寄存器后，就形成了流水线

由于组合逻辑越长，对时序的影响越大，因此为了有效减小时延，就可以在组合逻辑中加入寄存器，如下

二、流水线用在哪？

2.1 使用流水线的场景

2.1.1 组合逻辑太长

在实现8bit全加器时（流水线实现8bit全加器），使用流水线来同时处理低4位和高4位的运算，这里能使用流水线的原因是，组合逻辑时延大，并且数据流向是单方向的

后面这3个等遇到再补充

2.1.2 功能模块之间

功能模块之间的流水线，用乒乓 buffer 来交互数据

2.1.3 I/O 瓶颈

2.1.4 片内 sram 的读操作

2.2 使用流水线后的效果

2.2.1 优点

增加了数据吞吐量，从而可以提高时钟频率

关键路径中插入流水线，能够提高系统时钟频率

2.2.1 缺点

流水线设计会导致原有通路延时增加：这里是说流水线增加了单个数据的延时，每增加一个寄存器，会增加一个输入到输出的寄存器需要的时间，因此原有通路时延增加；但是着眼于全局，流水线是减小了时延的

功耗增加，面积增加，硬件复杂度增加

2.3 关键路径、时钟频率

关键路径：由非时钟逻辑元件引起的最大延迟，其他路径需要等关键路径执行完成，其他路径才可以继续执行
时钟频率：由2级寄存器之间的时延决定，如下图

三、参考资料

牛客 - 流水线试题

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