Bilgisayar Boru Hattı
Bilgisayar ardışık düzeni ilk olarak Intel tarafından 486 çipte tanıtıldı. Boru hattının çalışma şekli endüstriyel montaj hattına benzer. CPU içinde, farklı işlevlere sahip bir dizi devre birimi, bir talimat işleme hattını oluşturur; bir x86 talimatı beş veya altı adıma bölünür ve bunlar daha sonra bu birimler tarafından sırayla yürütülür. Bu, bir talimatın tek bir CPU saat döngüsünde tamamlanmasını sağlar, böylece CPU'nun işlem hızı artar. Klasik Pentium işlemcide, her bir tamsayı ardışık düzeni dört aşamadan (talimat ön getirme, kod çözme, yürütme ve yazma-geri{- oluşurken, kayan nokta ardışık düzeni sekiz aşamadan oluşur.
Pipelining, mikroişlemcilerde (CPU'lar) yaygın olarak kullanılan önemli bir teknolojidir. CPU içinde talimatların yürütülme yöntemini açıklar; Boru hattını anlamak için öncelikle talimatları ve bunların uygulanma sürecini anlamak gerekir.
Bilgisayar Talimatları
Bir bilgisayar talimatı, CPU'ya ne yapması gerektiğini söyleyen belirli bir ikili veri kümesidir. CPU bir üretim tesisine benzetilirse talimat müşteri siparişine benzer; CPU "fabrikasında" bir dizi eylemi tetikler ve sonuçta hesaplamaya dayalı bir sonuç-bitmiş ürün elde edilir. Bu aslında nasıl çalışıyor? İlk olarak, CPU'nun talimat getirme biriminin- emirlerini alacak bir departmanın olması gerekir; ikincisi, CPU'nun talimat yürütme birimindeki emirleri- yerine getirecek bir atölye bulunmalıdır. Bir fabrikada bir ürünün üretimi birden fazla üretim adımına bölünür; benzer şekilde, bir talimat CPU içinde bir dizi karşılık gelen mikro-işleme dönüştürülür. Bu mikro işlemlerin sırayla tamamlanması, tüm talimatın yürütülmesini oluşturur.
Talimatın Yürütülmesi
Düşük{0}}CPU'larda talimatların yürütülmesi seridir; Basitçe söylemek gerekirse, bir talimat bir sonraki başlamadan önce tamamlanır. Bu, adı geçen fabrikanın ilk zamanlarındaki gibi, sadece küçük bir atölye ve tek başına çalışan bir şahıstan oluşuyor: Bir sipariş aldığında, tamamen ilk siparişi yerine getirmekle meşgul oluyor ve ikincisini kabul edemiyordu. Bu nedenle, sipariş alma ve tamamlama döngüsü-veya talimatları getirme ve yürütme-, seri bir süreçtir. Daha sonra patron emir almanın fazla zaman gerektirmediğini keşfetti. Bir asistanın yardımıyla ikisi bağımsız olarak çalışabiliyordu; bu, patronun yeni bir siparişi kabul etmesine ve aynı zamanda bir öncekinin ürünlerini bitirmesine olanak tanıdı. CPU mimarisi açısından bu, talimat-getirme biriminin talimat-yürütme biriminden ayrılmasına karşılık gelir. Sonuç olarak, CPU mevcut komutu yürütürken bir sonraki talimatı paralel olarak getirebilir. Bu, CPU teknolojisinde niteliksel bir sıçramayı temsil ediyordu; operasyonları seri işlemeden paralel işlemeye kaydırıyor ve talimat hattının prototipini oluşturuyordu.
CPU yukarıda belirtilen adımı tamamladıktan sonra, geriye kalan zorluk paralel işlem yeteneklerinin geliştirilmesinde yatmaktadır. Fabrika montaj hatlarından ilham alan CPU tasarımcıları, tek bir talimatın yürütülmesini birden çok farklı aşamaya-veya "mikro-talimatlara"-böldürdü, böylece talimat karmaşıklığını önemli ölçüde azalttı, mantık tasarımını basitleştirdi ve hızı artırdı. Ardışık düzen teknolojisini kullanan CPU'larda, bir talimat ilk "aşamasını" tamamlar tamamlamaz, bir sonraki talimat yürütmeye başlamak için hemen boru hattına girer. Açıkça görülüyor ki, bu ardışık düzen yaklaşımı birden fazla yürütme birimi gerektiriyor-bir özellik x86 çipte uygulanıyor.
