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知识路径： > 计算机系统综合知识 > 计算机组成与体系结构 > 各种计算机体系结构的特点与应用（SMP、MPP等） > 各种体系结构 > 流水线技术 >
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考试要求：掌握
相关知识点：3个
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流水线的关键在于“重叠执行”，因此如果这个条件不能够满足，流水线就会被破坏。这种破坏主要来自3种情况：
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（1）转移指令。因为前面的转移指令还没有完成，流水线无法确定下一条指令的地址，因此也就无法向流水线中添加这条指令。从这里的分析可以看出：无条件跳转指令是不会影响流水线的。
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全局性相关就是指转移指令（尤其是条件转移指令）与它后面的指令之间存在关联，使之不能同时解释，执行转移指令时，可能会改动指令缓冲器中预取到的指令内容，从而会造成流水线吞吐率和效率下降，比局部性相关的影响要严重得多，所以称为全局性相关。解决全局性相关有3种方法：猜测转移分支、加快和提前形成条件码、加快短循环程序的处理。
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（2）共享资源访问的冲突。也就是后一条指令需要使用的数据，与前一条指令发生的冲突，或者相邻的指令使用了相同的寄存器，这也会使得流水线失败。为了避免冲突，就需要把相互有关的指令进行阻塞，这样就会引起流水线效率的下降。一般来说，指令流水线级数越多，越容易导致数据相关，阻塞流水线。当然，也可以在编译系统上进行设置，当发现相邻的语句存在资源共享冲突的时候，在两者之间插入其他语句，将两条指令进入流水线的时间拉开，以避免错误。
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局部性相关处理由于流水机器同时解释多条指令，这些指令可能有对同一主存单元或同一寄存器“先写后读”的要求，这时就出现了相关，这种相关包括指令相关、访存操作数相关以及通用寄存器组相关等，它只影响相关的两条或几条指令，而且至多影响流水线的某些段推后工作，并不会改动指令缓冲器中预取到的指令内容，影响是局部的，所以称为局部性相关。解决局部性相关有两种方法：一种是推后法，即推后对相关单元的读，直至写入完成，另一种是通路法，即设置相关专用通路，使得不必先把运算结果写入相关存储单元，再从这里读出后才能使用，而是经过相关专用通路直接使用运算结果，这样可以加快速度。
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（3）响应中断。当有中断请求时，流水线也会停止。流水线响应中断有两种方式：一种是立即停止现有的流水线，称为精确断点法，这种方法能够立即响应中断，缩短了中断响应时间，但是增加了中央处理器的硬件复杂度。还有一种是在中断时，在流水线内的指令继续执行，停止流水线的入口，当所有流水线内的指令全部执行后，再执行中断处理程序。这种方式中断响应时间较长，被称为不精确断点法，优点是实现控制简单。
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