关于pipeline

今天就MIPS这个概念和同事做了一个简单交流。

什么是MIPS？就是1s内能执行的百万条指令数。1MIPS就表示1s内能执行一百万条指令

那么CPU的主频和MIPS有什么关系呢？相等？这倒不一定，不过可以肯定的是，CPU的MIPS是小于等于其主频的。

举例来说吧。假如一个CPU支持的指令集都是单周期执行的，那么在指令执行这个层面，其1MHz主频对应的就是1个MIPS

当然，现实中大部分指令集中都有一些指令是需要多周期执行的，因此1MHz的主频对应的MIPS就小于1了

另外，计算机在完成一条指令的执行时，一般存在着取址、译码、执行、回写等步骤，因此会涉及到存储器访问的工作。存储器访问，比如SDRAM、Flash，其访问速度都比较低，因此CPU必须插入一些等待，在CPU等待的过程中，其宝贵的资源就浪费了，因此其1MHz的运算能力没有得到充分发挥，所以1MHz对应的MIPS又小于1了

因为取指、回写等会造成CPU等待而浪费CPU资源，因此加入了指令cache和数据cache，这样，CPU就无需在读取指令和读写数据时去空等了，这样CPU的使用率就提高了。也就是说，如果你的指令都是单周期执行的，并且不会让CPU空等，那么1MHz就是1个MIPS，不过可惜的是，指令cache和数据cache中取到的数据有时是无效的，典型的情况是程序执行时遇到了跳转指令，如果CPU下一条将执行的指令不在cahce，那么CPU就不得不停下来等待从存储器中去读取指令了。你看，即使是有cache，还是有等待的情况，怎么办？不能怎么办，我们只得面对一个1MHz的主频对应的MIPS是小于1的事实。