我相信，如果它困扰着您，那么任何问题都是愚蠢的。我有这个关于管道内衬的问题？
什么是管道内衬？
理论说：“使用流水线，CPU 在第一条指令完成之前开始执行第二条指令。流水线导致更快的处理，因为 CPU 没有等待一条指令完成机器周期。”
我的问题是考虑我正在使用单处理器系统，一次只能执行一条指令，当我的 CPU 忙时，如何同时执行获取下一条指令的操作？如果我缺乏概念上的清晰度，请给我一些启发。如果有单独的硬件使同时处理发生，那是什么？请解释一下。
【问题讨论】：
标签： architecture assembly arm pipelining
想想那些你看到工厂在运作的地方是如何制作的或其他电视节目。想想你可能读过或看到的关于汽车工厂的事情。 “汽车”从框架或车身开始在工厂中移动，并在移动时添加东西。如果你坐在大楼的外面，你会看到轮胎、油漆罐、电线和钢卷进入大楼，并且源源不断的汽车驶出。仅仅因为它是单个（单处理器）工厂并不意味着它不能拥有装配线（管道）。具有流水线的单处理器实际上并不一定一次执行一条指令，就像工厂中的汽车一次制造一辆汽车一样。那辆车的一点点构造发生在它经过的每个站，同样你的程序的执行在管道中的每个站发生一点。
管道中典型的简单阶段是获取、解码和执行三个阶段。执行一条指令需要三个时钟，最少（由于 I/O 速度慢，通常更多）可以说管道中的三个阶段。虽然指令 a 处于执行阶段，但您有指令 b 正在解码并且指令 c 正在获取。回到汽车厂，他们可能会生产“每 7 分钟一辆车”，这并不意味着制造一辆汽车需要 7 分钟，制造一辆汽车可能需要一周时间，但他们每 7 分钟就开始一辆新汽车，平均每个车站的时间是这样的，你可以每 7 分钟推出一个。同样在这里，使用管道并不意味着您可以以处理器的时钟速率获取、解码和执行所有三个步骤。像工厂一样 一个普通的东西。如果您可以以处理器时钟速率馈送流水线中的每个阶段，那么它将在每个时钟完成一条指令（如果设计为这样做的话）。如今，您无法快速提供数据/指令，并且存在管道停顿等情况，这导致您必须重新开始或放弃一些进度并备份一些。
流水线只是采用流水线方法在处理器中执行指令。
【讨论】：
流水线与单处理器系统和多处理器系统无关。它与认真思考在硬件中在机器上执行单个指令所采取的步骤有关。
假设你想实现 MIPS 的“add-immediate”指令addi $d, $s, $t，它将存储在以$s命名的寄存器中的整数与指令中直接编码的整数$t相加，并存储结果在$t命名的寄存器中。想想你需要采取哪些步骤来做到这一点。这是一种分解方法（仅作为示例，这不一定对应于真实硬件）：
addi 指令，解析出源寄存器和目标寄存器以及要相加的字面整数。现在请记住，所有这些都需要在硬件中构建，这意味着与这些东西中的每一个都相关联的物理电路。如果您一次执行一条指令，这些电路中有四分之三将处于空闲状态，一直无所事事。流水线利用了这一观察：如果处理器需要连续执行两条addi 指令，那么它可以：
所以现在，即使每条指令需要 4 轮处理，处理器总共只用了 5 轮就完成了两条指令。
这变得很复杂，因为有时您必须等待一条指令完成才能知道下一条指令（甚至下一条指令是什么）该做什么，但这是基本思想。
【讨论】：
与其试图将为期一年的大学课程塞进这个文本框，我会指给你看一本清楚详细地解释整个主题的教科书：
【讨论】：
确实有单独的硬件用于获取。有一大堆独立的硬件，排列在管道中。每个部分同时执行单独指令的一部分。在每个时钟沿，一个阶段的结果都会传递到下一个阶段。
【讨论】：
我认为当代码中有分支时使用它，并且逻辑预测将采用哪个分支，并将该分支的指令预加载到缓存中。如果预测被证明是错误的，那么它需要丢弃这些指令并加载备用指令，从而导致损失。但我相信代码中的某些模式可以使预测更频繁地成为现实，尤其是对于一遍又一遍地重复模式的现代编译器。
我不了解实际的实现，但我并不认为需要额外的硬件，尽管它对于优化速度很有用。
【讨论】：