Компютърна конвейерна обработка
Компютърният конвейер е въведен за първи път от Intel в чипа 486. Начинът, по който функционира тръбопроводът, е аналогичен на промишлената поточна линия. В рамките на CPU серия от схемни единици с различни функции образува конвейер за обработка на инструкции; една x86 инструкция се разделя на пет или шест стъпки, които след това се изпълняват последователно от тези единици. Това позволява завършването на инструкция в рамките на един тактов цикъл на процесора, като по този начин се увеличава скоростта на обработка на процесора. В класическия процесор Pentium всеки целочислен конвейер се състои от четири етапа-предварително извличане на инструкции, декодиране, изпълнение и-запис-докато конвейерът с плаваща-запетая се състои от осем етапа.
Конвейерната обработка е ключова технология, широко използвана в микропроцесорите (CPU). Той описва метода, по който инструкциите се изпълняват в CPU; за да разберете конвейера, първо трябва да разберете инструкциите и процеса на тяхното изпълнение.
Компютърни инструкции
Компютърната инструкция е специфичен набор от двоични данни, който казва на процесора какво да прави. Ако процесорът се оприличи на производствено предприятие, инструкцията е подобна на клиентска поръчка; той задейства поредица от действия във „фабриката“ на процесора, като в крайна сметка дава изчислителен резултат-завършения продукт. Как всъщност работи това? Първо, трябва да има отдел, който да получава заповеди-блокът за извличане на инструкции на процесора; второ, трябва да има работилница, която да изпълнява поръчките-блока за изпълнение на инструкции на процесора. Във фабриката производството на артикул се разделя на множество производствени стъпки; по подобен начин една инструкция се преобразува в поредица от съответни микро-операции в рамките на процесора. Завършването на тези микро-операции в последователност представлява изпълнението на цялата инструкция.
Изпълнение на инструкцията
В процесорите от нисък клас изпълнението на инструкциите е серийно; просто казано, една инструкция е завършена, преди да започне следващата. Това е като гореспоменатата фабрика в ранните й дни, състояща се само от малък цех и едноличен собственик, работещ сам: при получаване на поръчка той би бил изцяло зает с изпълнението на тази първа поръчка и не можеше да приеме втора. Следователно цикълът на получаване и завършване на поръчки-или извличане и изпълнение на инструкции-е сериен процес. По-късно шефът откри, че приемането на поръчки не изисква много време. С помощта на асистент двамата биха могли да работят самостоятелно; това позволи на шефа да приеме нова поръчка, като същевременно довърши продуктите за предишната. От гледна точка на архитектурата на процесора това съответства на отделянето на модула за-извличане на инструкции от модула за-изпълнение на инструкции. Следователно процесорът може да извлече следващата инструкция паралелно, докато изпълнява текущата. Това представлява качествен скок в технологията на процесора, измествайки операциите от серийна към паралелна обработка и установявайки прототипа на тръбопровода за инструкции.
След като процесорът завърши гореспоменатата стъпка, оставащото предизвикателство се крие в подобряването на възможностите за паралелна обработка. Черпейки вдъхновение от фабричните поточни линии, дизайнерите на CPU разделиха изпълнението на една инструкция на множество отделни етапи-или „микро-инструкции“-като по този начин значително намалиха сложността на инструкциите, опростиха логическия дизайн и повишиха скоростта. В процесорите, използващи конвейерна технология, веднага щом една инструкция завърши първия си "етап", следващата инструкция незабавно влиза в конвейера, за да започне изпълнението. Ясно е, че този конвейерен подход изисква множество изпълнителни единици-функция, внедрена в x86 чипа.
