Una pipeline della CPU è una serie di fasi di elaborazione nell'unità di elaborazione centrale (CPU) di un computer. Le fasi sono in genere recupero, decodifica, esecuzione e riscrittura. La pipeline è un elemento di progettazione fondamentale della maggior parte delle CPU e il suo scopo è migliorare le prestazioni. Suddividendo l'elaborazione delle istruzioni in fasi separate, la CPU può mantenere l'elaborazione di più istruzioni contemporaneamente. Questo è noto come parallelismo o elaborazione parallela e può rappresentare un significativo aumento delle prestazioni. Tuttavia, ha il costo di una maggiore complessità e può introdurre ritardi (noti come stalli della pipeline) se le istruzioni devono essere eseguite fuori ordine.
In questo post spiegheremo cos'è una pipeline del processore del computer . L'unità di elaborazione centrale (abbreviazione di unità di elaborazione centrale) è una parte importante del computer, che funziona come il cervello. E lo sappiamo già. Ma quello che forse non sappiamo sono le tecniche che rendono efficiente la CPU. Una di queste tecniche è Pipeline . Se lo vuoi sapere cos'è la CPU pipeline e in che modo il pipelining migliora le prestazioni della CPU allora leggi questo post
Che cos'è una pipeline della CPU del computer?
In informatica, un'istruzione è un comando dato da un programma al processore centrale. Consiste in un codice in linguaggio macchina che la CPU comprende ed esegue. Ad esempio, |_+_| è un'istruzione usata per dire alla CPU di memorizzare le informazioni nella RAM. Il pipelining è una tecnica utilizzato nello sviluppo di processori moderni. Questo aumenta il throughput complessivo dei comandi (numero di istruzioni eseguite al secondo) suddividendo le istruzioni in sottoattività che la CPU può elaborare in parallelo.
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Che cos'è un processore pipeline?
Una CPU pipeline funziona secondo il principio del pipelining, suddividendo un insieme di istruzioni in una serie di attività secondarie, in cui ciascuna attività secondaria esegue un'operazione. Il gasdotto ha 2 endpoint: entrata e uscita . Diverse sottoattività vengono accumulate tra queste estremità in modo tale che l'output di una sottoattività sia collegato all'input della successiva sottoattività. Pertanto, la CPU pipeline esegue più di un'attività secondaria contemporaneamente.
quadro di fixing.net
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In che modo il pipelining migliora le prestazioni del processore?
In generale, la CPU può interrompere un'istruzione nei seguenti casi. 4 compiti secondari (a livello molto elementare):
- Portare – recuperare le istruzioni dalla memoria.
- decifrare - istruzioni di decodifica.
- Adempiere - esecuzione delle istruzioni.
- Scrivere – riscrivere il risultato nella memoria.
Supponiamo ora La CPU dispone di un blocco dedicato per eseguire ciascuna di queste attività secondarie. . Mentre un blocco sta eseguendo una sottoattività, il resto dei blocchi della CPU sarà inattivo, senza fare nulla durante quel periodo. Il pipelining sfrutta queste unità inattive utilizzandole per elaborare altre istruzioni in coda.
Capiamolo con un esempio. Guarda la figura seguente:
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La figura precedente mostra come viene eseguito un set di due istruzioni in un ambiente CPU non pipeline e in un ambiente CPU pipeline. Come puoi vedere, una CPU non pipeline impiega 8 cicli per eseguire 2 istruzioni, mentre una CPU pipeline esegue lo stesso set di istruzioni in soli 5 cicli.
Guardando da vicino, la CPU pipeline sta usando il suo blocco Fetch per eseguire la prima attività secondaria della seconda istruzione, mentre il suo blocco Decode sta già eseguendo la seconda attività secondaria della prima istruzione. Pertanto, utilizza il secondo blocco contemporaneamente al primo blocco, che altrimenti rimarrebbe inattivo in un ambiente senza pipeline.
Aumentando la velocità di esecuzione di un dato insieme di istruzioni aumenta quindi la velocità del processore. Ed ecco come il pipelining migliora l'efficienza del processore. Importante da notare qui è che il pipelining non riduce il tempo impiegato dal processore per eseguire un'istruzione. Piuttosto, aumenta il numero di istruzioni che la CPU può elaborare contemporaneamente. Quindi aumentare il numero di attività secondarie non significa realmente che una CPU pipeline sarà più veloce di una CPU non pipeline. Infatti, una CPU senza pipeline può impiegare meno tempo per eseguire una singola istruzione rispetto a una CPU con pipeline, a seconda del numero di stadi della pipeline coinvolti (numero di attività secondarie).
Spero che la spiegazione di cui sopra chiarisca cos'è la pipeline della CPU di un computer. In caso di dubbi, condividili nella sezione commenti qui sotto.
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Il pipelining migliora le prestazioni del processore?
L'architettura della pipeline aumenta il numero di istruzioni elaborate per ciclo del processore. Aumentando il throughput delle istruzioni, aumenta le prestazioni complessive della CPU. Tuttavia, se il set di istruzioni è costituito da istruzioni complesse (come le istruzioni di salto), la CPU non saprà in anticipo dove leggere l'istruzione successiva e dovrà attendere fino a quando l'istruzione corrente non sarà stata completamente eseguita. In tali casi, l'architettura pipeline potrebbe non fornire l'efficienza della CPU.
Il pipelining aumenta i tempi di esecuzione?
Il pipelining aumenta il numero di istruzioni eseguite simultaneamente in ogni ciclo di clock. Ma questo non aumenta necessariamente il tempo necessario per eseguire una singola istruzione. Ad esempio, il pipelining non è adatto per l'esecuzione di istruzioni di diramazione, che deviano l'esecuzione sequenziale su un altro percorso. Questa disorganizzazione può interrompere la pipeline o ripulirla completamente a meno che non vengano introdotti metodi adeguati per risolvere i problemi con le diramazioni.
Per saperne di più: Come limitare l'utilizzo della CPU per un processo in Windows .
