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(duì)POWER很感興趣，在這里現(xiàn)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~終于忙得差不多鳥~

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

　　為了理解什么是流水線，我們先來看一看一條汽車裝配線上的情況：

　　假設(shè)一輛汽車從無到有需要以下4個(gè)步驟：

　　焊接車身
　　底盤與車身結(jié)合
　　裝入發(fā)動(dòng)機(jī)
　　裝上輪子

　　我們?cè)偌僭O(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)、車身的鋼板、輪子等等零件都是事先準(zhǔn)備好的，它們的存儲(chǔ)量是充足的。

　　假設(shè)我們有一臺(tái)機(jī)床，上面有各種機(jī)械手，那么我們會(huì)怎么造汽車呢?

　　焊接車身-》底盤與車身結(jié)合-》裝入發(fā)動(dòng)機(jī)-》裝上輪子

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

　　當(dāng)然我們不會(huì)這么做，因?yàn)楦Ｌ卦缇吞嫖覀兿牒昧烁咝У慕鉀Q方案：

　　準(zhǔn)備4臺(tái)機(jī)床，每臺(tái)機(jī)床都僅僅具備一個(gè)環(huán)節(jié)的工具即可。每臺(tái)車在完成一個(gè)環(huán)節(jié)的組裝后就立即流向下一個(gè)環(huán)節(jié)。

　　這樣我們可以保證4臺(tái)機(jī)床每一臺(tái)都不會(huì)空閑，并且得到了相當(dāng)可觀的生產(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(jié)。當(dāng)這N個(gè)環(huán)節(jié)互相獨(dú)立的時(shí)候，最多可以獲得N倍的性能提升。

　　對(duì)于CPU來說，這就相當(dāng)于主頻提升了N 倍!

　　你可能時(shí)常聽到所謂的超流水線，就是環(huán)節(jié)特別多的流水線。

　　現(xiàn)在你可能可以理解這些流水線被設(shè)計(jì)出來的初衷了：把任務(wù)分割的越細(xì)(流水線越深)，主頻理論上來說就越高。當(dāng)然，我們會(huì)在后面看到，過深過細(xì)的流水線反而會(huì)損害性能。比如說，intel的netburst。

　　但是，當(dāng)這N個(gè)環(huán)節(jié)互相之間產(chǎn)生相互依賴的時(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過的指令執(zhí)行的環(huán)節(jié)：

　　IF->ID->OC->EX->WB