為什么有些CPU的主頻更低，但運(yùn)算效率卻更高呢？資料下載

比如：51單片機(jī)30M主頻，STM32單片機(jī)20M主頻，執(zhí)行相同一段代碼可能主頻更低的STM32所花的時(shí)間更短。 這里就牽涉到CPU流水線的問(wèn)題，本文圍繞CPU流水線描述相關(guān)內(nèi)容。 一、早期CPU流水線 1.流水線來(lái)源 流水線的概念來(lái)源于工業(yè)制造領(lǐng)域，以汽車(chē)裝配為例來(lái)解釋流水線的工作方式，假設(shè)裝配一輛汽車(chē)需要四個(gè)步驟： 1.沖壓：制作車(chē)身外殼和底盤(pán)等部件； 2.焊接：將沖壓成形后的各部件焊接成車(chē)身； 3.涂裝：將車(chē)身等主要部件清洗、化學(xué)處理、打磨、噴漆和烘干； 4.總裝：將各部件（包括發(fā)動(dòng)機(jī)和向外采購(gòu)的零部件）組裝成車(chē)； 汽車(chē)裝配需要沖壓、焊接、涂裝和總裝四個(gè)工人，最簡(jiǎn)單的方法是一輛汽車(chē)依次經(jīng)過(guò)上述四個(gè)步驟裝配完成之后，下一輛汽車(chē)才開(kāi)始進(jìn)行裝配，最早期的工業(yè)制造就是采用的這種原始的方式，即同一時(shí)刻只有一輛汽車(chē)在裝配。 不久之后人們發(fā)現(xiàn)，某個(gè)時(shí)段中一輛汽車(chē)在進(jìn)行裝配時(shí)，其它三個(gè)工人都處于閑置狀態(tài)，顯然這是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，于是思考出能有效利用資源的新方法，即在第一輛汽車(chē)經(jīng)過(guò)沖壓進(jìn)入焊接工序的時(shí)候，立刻開(kāi)始進(jìn)行第二輛汽車(chē)的沖壓，而不是等到第一輛汽車(chē)經(jīng)過(guò)全部四個(gè)工序后才開(kāi)始，這樣在后續(xù)生產(chǎn)中就能夠保證四個(gè)工人一直處于運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)造成人員的閑置。這樣的生產(chǎn)方式就好似流水川流不息，因此被稱為流水線。 2.CPU流水線 1989 年推出的 i486 處理器引入了五級(jí)流水線。這時(shí)，在 CPU 中不再僅運(yùn)行一條指令，每一級(jí)流水線在同一時(shí)刻都運(yùn)行著不同的指令。這個(gè)設(shè)計(jì)使得 i486 比同頻率的 386 處理器性能提升了不止一倍。 五級(jí)流水線中的取指階段將指令從指令緩存中取出（i486 中的指令緩存為 8KB）； 第二級(jí)為譯碼階段，將取出的指令翻譯為具體的功能操作； 第三級(jí)為轉(zhuǎn)址階段，用來(lái)將內(nèi)存地址和偏移進(jìn)行轉(zhuǎn)換； 第四級(jí)為執(zhí)行階段，指令在該階段真正執(zhí)行運(yùn)算； 第五級(jí)為退出階段，運(yùn)算的結(jié)果被寫(xiě)回寄存器或者內(nèi)存。 由于處理器同時(shí)運(yùn)行了多條指令，大大提升了程序運(yùn)行的性能。 二、CPU流水線技術(shù)