流水线设计从某种程度上可以提高系统频率，因此常用于高速信号处理领域，如果某个信号可以分为若干步骤处理，而且整个数据处理过程是单项的，即没有反馈运算和迭代运算，前一个步骤的输出就是下一个步骤的输入，可以考虑流水线设计来提高系统的频率。
如下图所示：
典型的流水线设计是将原本一个时钟周期完成的较大的组合逻辑通过合理的切割后分由多个时钟周期来完成，这样一来该部分逻辑运行的
时钟频率就会有明显的提升，尤其当她是一条
关键路径时，采用流水线设计后整个系统的性能都会得到提升。
假设一个流水线设计需要4个步骤完成一个数据处理过程，那么从有
数据输入的第一个时钟周期开始，直到第四个时钟周期才处理完第一个
输入数据，但是在以后的每个时钟周期内都会有处理完成的数据输出，也就是说流水线设计只在开始的时候需要一定的处理时间，以后就会不间断的输出数据，从而大大提高处理速度，如果不采用流水线设计，那么处理一个数据就需要4个时钟周期，而采用流水线设计则能够提高近4倍的处理速度。