Számítógépes csővezetékek
A számítógépes csővezetékeket először az Intel vezette be a 486 chipben. A csővezeték működése az ipari összeszerelő soréhoz hasonló. A CPU-n belül külön funkciójú áramköri egységek sorozata alkot egy utasításfeldolgozó folyamatot; egy x86-os utasítás öt vagy hat lépésre van lebontva, amelyeket azután ezek az egységek egymás után végrehajtanak. Ez lehetővé teszi egy utasítás végrehajtását egyetlen CPU órajel cikluson belül, ezáltal növelve a CPU feldolgozási sebességét. A klasszikus Pentium processzorban minden egész folyamat négy szakaszból áll, -az utasítások előzetes lehívása, dekódolása, végrehajtása és visszaírása-vissza-, míg a lebegőpontos-folyamat nyolc szakaszból áll.
A csővezeték a mikroprocesszorokban (CPU-k) széles körben használt kulcsfontosságú technológia. Leírja azt a módszert, amellyel az utasítások végrehajtásra kerülnek a CPU-n belül; a pipelineing megértéséhez először meg kell érteni az utasításokat és végrehajtásuk folyamatát.
Számítógépes utasítások
A számítógépes utasítás egy meghatározott bináris adathalmaz, amely megmondja a CPU-nak, hogy mit kell tennie. Ha a CPU-t egy gyártóüzemhez hasonlítják, az utasítás a vevői megrendeléshez hasonlít; műveletek sorozatát indítja el a CPU „gyárában”, végül számítási eredményt{1}}adva a készterméken. Hogyan működik ez valójában? Először is léteznie kell egy osztálynak, amely fogadja a rendeléseket-a CPU utasításlekérő egységére; másodszor, egy műhelynek kell lennie a CPU utasítás-végrehajtási egysége{4}}megrendeléseinek teljesítéséhez. Egy gyárban egy cikk gyártása több gyártási lépésre bontható; hasonlóképpen egy utasítást a CPU-n belül megfelelő mikro{6}}műveletek sorozatává alakítanak át. Ezeknek a mikro-műveleteknek a sorrendben történő végrehajtása a teljes utasítás végrehajtását jelenti.
Utasítás végrehajtása
Alacsony-végű CPU-kban az utasítások végrehajtása soros; Egyszerűen fogalmazva, az egyik utasítás befejeződik, mielőtt a következő elkezdődik. Ez olyan, mint a már említett gyár a korai időszakában, amely csak egy kis műhelyből és egy egyedül dolgozó egyéni vállalkozóból áll: a megrendelés kézhezvételekor teljesen lefoglalná az első megrendelés teljesítését, a másodikat pedig nem tudna átvenni. A rendelések fogadásának és teljesítésének-vagy az utasítások lekérésének és végrehajtásának-ciklusa tehát egy soros folyamat. Később a főnök rájött, hogy a rendelések felvétele nem igényel sok időt. Egy asszisztens segítségével ketten önállóan dolgozhattak; Ez lehetővé tette a főnök számára, hogy új rendelést fogadjon el, miközben egyidejűleg befejezte az előző termékeit. A CPU architektúráját tekintve ez megfelel az utasítás-lekérő egység és az utasítás-végrehajtási egység elválasztásának. Következésképpen a CPU párhuzamosan tudja lekérni a következő utasítást, miközben végrehajtja az aktuálisat. Ez minőségi ugrást jelentett a CPU-technológiában, a műveleteket soros feldolgozásról párhuzamos feldolgozásra helyezte át, és létrehozta az utasítási folyamat prototípusát.
Miután a CPU befejezte a fent említett lépést, a fennmaradó kihívás a párhuzamos feldolgozási képességek javítása. A gyári összeszerelő sorokból ihletet merítve a CPU-tervezők egyetlen utasítás végrehajtását több különálló szakaszra-vagy "mikro-utasításokra"-bontották le, ezáltal jelentősen csökkentették az utasítások bonyolultságát, egyszerűsítették a logikai tervezést és növelték a sebességet. A csővezetékes technológiát használó CPU-kban, amint az egyik utasítás befejezi az első "fokozatát", a következő utasítás azonnal belép a folyamatba, és megkezdődik a végrehajtás. Nyilvánvaló, hogy ez a folyamatkezelési megközelítés több végrehajtási egységet igényel, -ez a funkció x86 chipben van megvalósítva.
