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流水線設計就是將組合邏輯系統地分割，并在各個部分（分級）之間插入寄存器，并暫存中間數據的方法。目的是提高數據吞吐率（提高處理速度）。
流水線縮短了在一個時鐘周期內給的那個信號必須通過的通路長度，從而可以提高時鐘頻率。例如：一個2級組合邏輯，假定每級延遲相同為Tpd，無流水線的總 延遲就是2Tpd，可以在一個時鐘周期完成，但是時鐘周期受限制在2Tpd；如果使用流水線，每一級加入寄存器（延遲為Tco）后，單級的延遲為Tpd+ Tco，每級消耗一個時鐘周期，流水線需要2個時鐘周期來獲得第一個計算結果，稱為首次延遲，它要2*（Tpd+Tco），但是執行重復操作時，只要一個 時鐘周期來獲得最后的計算結果，稱為吞吐延遲（Tpd+Tco）；可見只要Tco小于Tpd，流水線可以提高速度。
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