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流水线设计就是将组合逻辑系统地分割，并在各个部分（分级）之间插入寄存器，并暂存中间数据的方法。目的是提高数据吞吐率（提高处理速度）。
流水线缩短了在一个时钟周期内给的那个信号必须通过的通路长度，从而可以提高时钟频率。例如：一个2级组合逻辑，假定每级延迟相同为Tpd，无流水线的总 延迟就是2Tpd，可以在一个时钟周期完成，但是时钟周期受限制在2Tpd；如果使用流水线，每一级加入寄存器（延迟为Tco）后，单级的延迟为Tpd+ Tco，每级消耗一个时钟周期，流水线需要2个时钟周期来获得第一个计算结果，称为首次延迟，它要2*（Tpd+Tco），但是执行重复操作时，只要一个 时钟周期来获得最后的计算结果，称为吞吐延迟（Tpd+Tco）；可见只要Tco小于Tpd，流水线可以提高速度。
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