管道”一词源于工厂内部，是pcdxs为提高产品产量而采用的技术。 我们先不去看他的定义，我们从生活中的例子来理解什么是流水线技术。
假设有很多要洗的衣服，有洗衣机和洗衣机。 洗衣机30分钟，洗衣机60分钟。 洗一桶衣服，如下图所示。
很明显，总时间=洗涤时间=干衣时间=90分钟
那把洗好的衣服装满一桶怎么样？ 我们比较以下两个方案。
方案1 :
很明显，这个方案的总时间是N*90分钟。
当然，我们也没那么傻。 洗衣机工作的时候，我们为什么要让洗衣机闲着？ 本着这种想法，我们得出了方案2 :
padding-top:0px; padding-bottom:0px; color:rgb(85,85,85); font-family:Arial,Verdana,'BitStream vera Sans',Tahoma,Helvetica,sans-serif; font-size:16px; line-height:28px">可以很容易得到，方案二所需总时间 = N* 干衣时间 + 洗衣时间= ( N*60 + 30 )分钟。
通过上面两个例子的对比，我们可以清楚发现方案二的好处，明显提升了系统的吞吐量，而这种提升的背后正是流水线技术的应用。那么在我们的数字电路中如何应用流水线技术呢？在继续这个问题之前，我们先了解两个概念：延时和吞吐量。
延时：是指从某个输入到与该输入相关联的输出变成有效之间的延迟时间。 方案一洗衣服的延时= 90分钟
方案二洗衣服的延时=120分钟（为什么是120分钟，请读者仔细思考）
方案一洗衣服的吞吐量= 1/(90分钟)
方案二洗衣服的吞吐量=1/(60分钟)（为什么是60分钟，请读者仔细思考）
好，言归正传，再返回到电路上。如下图所示的组合逻辑电路：
电路的延时为t，吞吐量为1/t。工作时序如下图示意：
对于上面的电路，当H执行计算的时候，F和G是处于闲置状态的，仅仅为保证各自的输出不变，那么我们能否让F、G走出这种状态而充分利用他们呢？如果让F和G走出了闲置状态，那么如何保证他们的输出不变呢？思考后，我们很容易联想到数电中的寄存器，没错，通过寄存器来保证输出的不变，于是我们得到电路如下：
假定F、G、H的传播延迟分别为15、20、25ns，我们使用的是理想的0延迟寄存器，于是我们可以得到相关的延时和吞吐量
未加寄存器： 延时45 ， 吞吐量1/45 ，加了寄存器：延时50，吞吐量 1/25。在H对Xi执行计算的过程中，F和G就可以工作在输入Xi+1上，即可以接受Xi+1时候的输入，这时H的计算和F、G的接收就是并行的了。对比前面的洗衣机例子，这里正是一个流水线的应用，而且是一个二阶流水线，至于为什么是二阶流水线，接着往下看。
下面我们再换个角度看看流水线，也就是流水线时空图，如下：
在谈这张图之前，我们再看一个概念：K阶流水线。
K阶段流水线（“K流水线”）是一个非循环电路，对应于从输入到输出的每一条路径恰好有K个寄存器。因此前面的电路为啥是2阶应该清楚了。通时，我们还可以知道，1、组合逻辑电路是0阶流水线；2、在K阶段流水线中，每个流水线阶段的输出（而不是输入）都有一个寄存器。好，我们接着谈上面的流水线时空图。
通过流水线时空图，我们观察到，当流水线每个阶段都开始工作后，每一个时钟周期都会有一个结果的输出，也就是说K阶段流水线的吞吐量即是时钟频率，而K阶流水线的延时是对所有寄存器公用的时钟周期的K倍。
同时我们也可以观察到，所有的流水级都只花费一个时钟周期的时间，因此，时钟周期必须能够满足最慢操作的执行需要。
因此我们可以得出
指令执行时间（流水线）=指令执行时间（非流水线）/流水线级数
即在理想情况和有大量指令的情况下，流水线所带来的加速比与流水线的级数近似相同。例如一个5级流水线能够获得的加速比接近于5。
而这样一种技术如果用到电脑里面岂不能提高性能啦？没错，我们现在的电脑里面跑的CPU就用到了流水线技术，通过这样的一种技术，提高了指令的吞吐率，从而带来了性能的提高。注意：流水线所带来的性能提高是通过增加指令的吞吐率，而不是减少单条指令的执行时间实现的。为什么呢？这就好像洗衣服，干衣服用的时间没变，但是最终的产出却是增加了的道理一样。
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