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为什么有些CPU的主频更低，但运算效率却更高呢？资料下载
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2021-04-25
kmno4
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比如：51单片机30M主频，STM32单片机20M主频，执行相同一段代码可能主频更低的STM32所花的时间更短。
这里就牵涉到CPU流水线的问题，本文围绕CPU流水线描述相关内容。
一、早期CPU流水线
1.流水线来源
流水线的概念来源于工业制造领域，以汽车装配为例来解释流水线的工作方式，假设装配一辆汽车需要四个步骤：
1.冲压：制作车身外壳和底盘等部件； 2.焊接：将冲压成形后的各部件焊接成车身； 3.涂装：将车身等主要部件清洗、化学处理、打磨、喷漆和烘干； 4.总装：将各部件（包括发动机和向外采购的零部件）组装成车；
汽车装配需要冲压、焊接、涂装和总装四个工人，最简单的方法是一辆汽车依次经过上述四个步骤装配完成之后，下一辆汽车才开始进行装配，最早期的工业制造就是采用的这种原始的方式，即同一时刻只有一辆汽车在装配。
不久之后人们发现，某个时段中一辆汽车在进行装配时，其它三个工人都处于闲置状态，显然这是对资源的极大浪费，于是思考出能有效利用资源的新方法，即在第一辆汽车经过冲压进入焊接工序的时候，立刻开始进行第二辆汽车的冲压，而不是等到第一辆汽车经过全部四个工序后才开始，这样在后续生产中就能够保证四个工人一直处于运行状态，不会造成人员的闲置。这样的生产方式就好似流水川流不息，因此被称为流水线。
2.CPU流水线
1989 年推出的 i486 处理器引入了五级流水线。这时，在 CPU 中不再仅运行一条指令，每一级流水线在同一时刻都运行着不同的指令。这个设计使得 i486 比同频率的 386 处理器性能提升了不止一倍。
五级流水线中的取指阶段将指令从指令缓存中取出（i486 中的指令缓存为 8KB）；
第二级为译码阶段，将取出的指令翻译为具体的功能操作；
第三级为转址阶段，用来将内存地址和偏移进行转换；
第四级为执行阶段，指令在该阶段真正执行运算；
第五级为退出阶段，运算的结果被写回寄存器或者内存。
由于处理器同时运行了多条指令，大大提升了程序运行的性能。
二、CPU流水线技术
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