流水线处理器与单周期处理器

Question

我必须比较使用 DLX 流水线和单周期处理器的以下代码的执行速度（见图）。

鉴于：
单周期模型中的一条指令需要 800 ps
流水线模型中的一个阶段需要 200 ps（基于 MA）

我的方法如下。

CPU 时间 = CPI * CC * IC
单周期：
CPU 时间 = 1 * 800 ps * 10 指令。 = 8000 ps。
管道：
CPI = 21 个周期 / 10 个仪器。 = 每条指令 2.1 个周期
CPU 时间 = 2.1 * 200 ps * 10 = 4200 ps。
CPU 时间单周期/CPU 时间管道 = 8000/4200 = 1.9，所以管道代码运行速度快 1.9。

但有人说，我必须使用时钟周期而不是时间——“CC 花费多少时间并不重要”。

我不知道如何进行比较。你能帮帮我吗？

Answer 1

您的分析确实是正确的，但我猜您的教授正在寻找这样的解释：

假设单周期处理器也有您提到的阶段，即 IF、ID、EX、MA 和 WB，并且与流水线处理器版本相比，指令在每个阶段花费的时间大致相同。现在您可以为这个单周期处理器绘制一个流水线图，并看到与流水线处理器上的 19 个周期相比，单周期处理器（一次可以处理 1 条指令）需要 50 个周期。

再次，我更喜欢您分析它的方式（因为单周期处理器实际上不会在不同的时钟周期中拥有每个阶段，它只会有一个非常长的时钟周期来覆盖所有阶段）。此外，您还没有提到这是否是仅停止的 MIPS 管道（您的答案是正确的），或者这是否是绕过的 MIPS 管道。如果是后者，您可以再减少几个周期并将其减少到 15 个周期。