Cjevovod računala
Računalni cjevovod prvi je predstavio Intel u 486 čipu. Način rada cjevovoda analogan je industrijskoj tekućoj traci. Unutar CPU-a, niz jedinica sklopa s različitim funkcijama tvori cjevovod za obradu instrukcija; x86 instrukcija je podijeljena u pet ili šest koraka, koje zatim te jedinice izvršavaju uzastopno. To omogućuje dovršetak instrukcije unutar jednog takta CPU-a, čime se povećava brzina obrade CPU-a. U klasičnom Pentium procesoru, svaki cjevovod cjelobrojnog broja sastoji se od četiri stupnja-prethodno dohvaćanje instrukcija, dekodiranje, izvršavanje i-zapisivanje-dok se cjevovod s pomičnim-zarezom sastoji od osam stupnjeva.
Cjevovod je ključna tehnologija koja se široko koristi u mikroprocesorima (CPU). Opisuje metodu kojom se instrukcije izvršavaju unutar CPU-a; da bismo razumjeli cjevovod, prvo moramo razumjeti upute i proces njihovog izvođenja.
Upute za računalo
Računalna instrukcija je određeni skup binarnih podataka koji govore CPU-u što treba učiniti. Ako se CPU usporedi s proizvodnim pogonom, instrukcija je slična narudžbi kupca; pokreće niz radnji unutar "tvornice" CPU-a, što u konačnici daje računski rezultat-gotov proizvod. Kako ovo zapravo funkcionira? Prvo, mora postojati odjel za primanje naredbi-jedinica za dohvaćanje instrukcija CPU-a; drugo, mora postojati radionica za ispunjavanje naloga-jedinica za izvršavanje instrukcija CPU-a. U tvornici se proizvodnja artikla dijeli na više proizvodnih koraka; slično, instrukcija se pretvara u niz odgovarajućih mikro-operacija unutar CPU-a. Dovršavanje ovih mikro-operacija u nizu čini izvršenje cijele instrukcije.
Izvršenje instrukcija
U nižim -CPU-ima, izvršavanje instrukcija je serijsko; jednostavno rečeno, jedna je instrukcija dovršena prije nego što započne sljedeća. Ovo je poput gore spomenute tvornice u svojim ranim danima, koja se sastoji od samo male radionice i samostalnog vlasnika koji radi sam: po primitku narudžbe, on bi bio potpuno zaokupljen ispunjavanjem te prve narudžbe i ne bi mogao prihvatiti drugu. Ciklus primanja i dovršavanja naloga-ili dohvaćanja i izvršavanja uputa-je stoga serijski proces. Kasnije je šef otkrio da primanje narudžbi ne zahtijeva puno vremena. Uz pomoć pomoćnika, njih dvoje mogu raditi neovisno; to je omogućilo šefu da prihvati novu narudžbu dok istovremeno dovršava proizvode za prethodnu. U smislu CPU arhitekture, to odgovara odvajanju jedinice za-dohvaćanje instrukcija od jedinice-izvršavanja instrukcija. Posljedično, CPU može dohvatiti sljedeću instrukciju paralelno dok izvršava trenutnu. To je predstavljalo kvalitativni skok u CPU tehnologiji, prebacujući operacije sa serijske na paralelnu obradu i uspostavljajući prototip cjevovoda instrukcija.
Nakon što CPU završi gore spomenuti korak, preostali izazov leži u poboljšanju mogućnosti paralelne obrade. Crpeći inspiraciju iz tvorničkih montažnih traka, dizajneri CPU-a raščlanili su izvršenje jedne instrukcije u više različitih faza-ili "mikro-instrukcija"-čime su značajno smanjili složenost instrukcija, pojednostavili logički dizajn i povećali brzinu. U procesorima koji koriste tehnologiju cjevovoda, čim jedna instrukcija završi svoju prvu "fazu", sljedeća instrukcija odmah ulazi u cjevovod kako bi započela s izvršenjem. Jasno je da ovaj cjevovodni pristup zahtijeva više izvršnih jedinica-što je značajka implementirana u x86 čipova.
