借鑒了工業(yè)流水線制造的思想，現(xiàn)代CPU也采用了流水線設(shè)計(jì)。在工業(yè)制造中采用流水線可以提高單位時(shí)間的生產(chǎn)量；同樣在CPU中采用流水線設(shè)計(jì)也有助于提高CPU的頻率。

流水線設(shè)計(jì)

配為例來解釋流水線的工作方式。假設(shè)裝配一輛汽車需要4個(gè)步驟：

1.沖壓：制作車身外殼和底盤等部件，

2.焊接：將沖壓成形后的各部件焊接成車身，

3.涂裝：將車身等主要部件清洗、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)和向外采購的零部件）組裝成車；同時(shí)對(duì)應(yīng)地需要沖壓、焊接、涂裝和總裝四個(gè)工人。采用流水線的制造方式，同一時(shí)刻四輛汽車在裝配。如果不采用流水線，那么第一輛汽車依次經(jīng)過上述四個(gè)步驟裝配完成之后，下一輛汽車才開始進(jìn)行裝配，非常早期的工業(yè)制造就是采用的這種原始的方式。未采用流水線的原始制造方式，同一時(shí)刻只有一輛汽車在裝配。

不久之后就發(fā)現(xiàn)，某個(gè)時(shí)段中一輛汽車在進(jìn)行裝配時(shí)，其它三個(gè)工人處于閑置狀態(tài)，顯然這是對(duì)資源的極大浪費(fèi)！于是開始思考能有效利用資源的方法：在第一輛汽車經(jīng)過沖壓進(jìn)入焊接工序的時(shí)候，立刻開始進(jìn)行第二輛汽車的沖壓，而不是等到第一輛汽車經(jīng)過全部四個(gè)工序后才開始。之后的每一輛汽車都是在前一輛沖壓完畢后立刻進(jìn)入沖壓工序，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。

CPU的工作也可以大致分為指令的獲取、解碼、運(yùn)算和結(jié)果的寫入四個(gè)步驟，采用流水線設(shè)計(jì)之后，指令（好比待裝配的汽車）就可以連續(xù)不斷地進(jìn)行處理。在同一個(gè)較長的時(shí)間段內(nèi)，顯然擁有流水線設(shè)計(jì)的CPU能夠處理更多的指令。