流水线设计就是将一个时延比较大的复杂的组合逻辑系统地分割，在各个部分（分级）之间插入寄存器以暂存中间数据的方法。目的是将一个大操作分解成若干的小操作，每一步小操作的耗时较小，各小操作能并行执行，所以数据可以像流水线一样轮流进入每一步小操作进行处理，这样整体地来看系统，数据可以更快地进入和流出系统，所以能提高数据吞吐率（提高处理速度）。这样的流水线的速率取决于每一步小操作所耗费的时间。由于采用同步寄存器分割组合逻辑，只要每个组合逻辑的时延小于寄存器的时钟周期，那么系统的频率取决于系统的时钟频率。
流水线处理是高速设计中的一个常用设计手段。如果某个设计的处理流程分为若干步骤，而且整个数据处理是“单流向”的，即没有反馈或者迭代运算，前一个步骤的输出是下一个步骤的输入，则可以考虑采用流水线设计方法来提高系统的工作频率。
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