CPU的效率问题

mathe

假设有一个主频为1G的CPU,对于每一条需要处理的指令，需要通过一个长度为12级的流水线。
为了简单起见，假设所有的指令所需要的处理时间都是类似的，但是存在一些随机因素：在流水线的每一级，每条指令需要花费1到3个时钟周期(其中花费1个时钟，2个时钟或者3个时钟的概率都是1/3).
另外，对于流水线的每一级，如果当前没有指令可以处理，那么必须空等待；如果当前还在处理某一条指令，而这时，前一级流水线处理完一条指令，那么前一级处理完的这条指令会被放置在一个缓冲区中。其中每一级的缓冲区可以最多缓冲5条指令。而如果缓冲区满，那么这一级也要停止下来，直到缓冲区有空。
请问，对于这样的一个CPU模型,平均每秒可以处理多少条指令？

KeyTo9_Fans

读了若干遍题目，还是没有读懂。

存在若干问题：

•   是不是相当于$1$条指令需要按顺序进行$12$个步骤才能完成，每一级流水线处理其中一个步骤？
•   只有$1$个CPU，这个CPU是不是可以同时干$12$件事情，每件事情对应一个步骤？
•   指令有多少条？这些指令要按什么顺序执行？

举一个例子也许能够让人更明白题意。

mathe

是的，12个步骤，但是有先后关系。
对于每一条指令，必须先处理步骤1，然后步骤2，...
只有一个CPU,但是可以同时做12个步骤（当然必需不同指令的不同步骤）。
指令无数条，要求按严格顺序执行（对于每个步骤）

gxqcn

主要是大家对CPU的运作机理不清楚，里面涉及的指令、流水线、缓冲区等专业术语很难理解。
与Key版一样，我也是读了好多遍，没搞明白。

是不是这样的：有一个12级的流水线，开动后每一级可同时处理，指令从流水线前端进入，但由于各指令不同步骤花费时间可能有所不同，造成流水线会出现某些级积压（需要缓存，但容量有限），有些级出现“饥渴”等待状态。

mathe

理解得非常正确