CPU要执行某一个指令，第一步，PC给内存发送地址，IR接收内存返回的指令；第二步，指令译码器解析IR中的指令；第三步，寄存器执行译码结果对应的运算单元。
实际上，译码器在译码的时候，PC就啥都不干吗，很显然不是，这个时候PC就会自增4来准备取下一条指令。下面我们先通过工厂流水线运作的例子，来初步理解流水线的运作过程。
目录
一、工厂多级流水线理解
1、一级流水线
2、 三级流水线
二、指令流水线
1、三级指令流水线的运作流程
2、指令流水线的发展以及存在的局限性
一、工厂多级流水线理解
每一个货物的处理包含了三个步骤：组装、包装、装箱
1、一级流水线
一级流水线其实就是只有一个工人，那就说明一个工人要干三个工作，这个时候只能按照组装、包装、装箱的步骤来进行。
第1s，工人组装第一个货物；
第2s，工人包装第一个货物;
第3s，工人装箱第一个货物;
第4s，工人开始组装第二个货物;
... ...
无论哪个时刻，每1s都只能干一件事。
2、 三级流水线
三级流水线其实就是每一步都分配了一个工人，工人A负责组装，工人B负责包装，工人C负责装箱
第1s，工人A先组装第一个货物；
第2s，工人B接着包装第一个货物，这时工人A开始组装第二个货物；
第3s，工人C装箱第一个货物，工人B开始包装第二个货物，工人A开始组装第三个货物；
第4s，工人C装箱第二个货物，工人B开始包装第三个货物，工人A开始组装第四个货物；
... ...
大概2s以后，每1s的时间里都有三件事在同时处理，这就是流水线的基本理念。
二、指令流水线
类比上面的工厂流水线，CPU处理指令也可以大致分成三步，指令获取、指令译码、指令执行。下面我们直接介绍指令三级流水线。
1、三级指令流水线的运作流程
第1s，PC发送0x00地址，获取到的地址保存到IR。
第2s，指令译码器解析第一条指令，此时PC开始获取第二条指令。
第3s，运算器执行第一条指令，译码器解析第二条指令，PC获取第三条指令。
第4s，运算器执行第二条指令，译码器解析第三条指令，PC获取第四条指令。
2、指令流水线的发展以及存在的局限性
(1) 流水线的发展
ARM7采用 3 级流水线
ARM9采用 5 级流水线
Cortex-A9采用 8 级流水线
注意：虽然流水线的级数越来越多，本质还是三级流水线，只不过是在三级流水线的基础上进行了细分。
(2) 流水线的局限性
指令流水线机制的引入确实可以大大提升指令执行的速度，但是在实际执行程序的过程中，很多情况下流水线是无法形成的。比如异常发生时，处理器要切换模式，保存上下文内容，然后跳转异常处理程序，在开始执行处理程序之前，流水线都无法正常运作。
因此，流水线的引入只能是优化了原本的流程，流水线的级数也不能太多，流水线级数越多，芯片设计的复杂程度也越高，芯片的功耗也越高。
