Pipeline informatica
Il computer pipelining è stato introdotto per la prima volta da Intel nel chip 486. Il funzionamento di una pipeline è analogo a quello di una catena di montaggio industriale. All'interno della CPU, una serie di unità circuitali con funzioni distinte forma una pipeline di elaborazione delle istruzioni; un'istruzione x86 viene suddivisa in cinque o sei passaggi, che vengono poi eseguiti in sequenza da queste unità. Ciò consente il completamento di un'istruzione all'interno di un singolo ciclo di clock della CPU, aumentando così la velocità di elaborazione della CPU. Nel classico processore Pentium, ciascuna pipeline intera è costituita da quattro fasi-prelettura, decodifica, esecuzione e riscrittura delle istruzioni-back-mentre la pipeline a virgola mobile-comprende otto fasi.
Il pipelining è una tecnologia chiave ampiamente utilizzata nei microprocessori (CPU). Descrive il metodo con cui le istruzioni vengono eseguite all'interno della CPU; per comprendere il pipeline, è necessario prima comprendere le istruzioni e il processo della loro esecuzione.
Istruzioni informatiche
Un'istruzione del computer è un insieme specifico di dati binari che dice alla CPU cosa fare. Se la CPU viene paragonata a un impianto di produzione, un'istruzione è simile a un ordine del cliente; attiva una serie di azioni all'interno della "fabbrica" della CPU, producendo infine un risultato computazionale-il prodotto finito. Come funziona realmente? Innanzitutto, deve esserci un dipartimento per ricevere gli ordini-l'unità di recupero delle istruzioni della CPU; in secondo luogo, deve esserci un'officina per evadere gli ordini-dell'unità di esecuzione delle istruzioni della CPU. In una fabbrica la produzione di un articolo viene scomposta in più fasi produttive; allo stesso modo, un'istruzione viene convertita in una serie di micro-operazioni corrispondenti all'interno della CPU. Il completamento di queste micro-operazioni in sequenza costituisce l'esecuzione dell'intera istruzione.
Esecuzione delle istruzioni
Nelle CPU-di fascia bassa, l'esecuzione delle istruzioni è seriale; in poche parole, un'istruzione viene completata prima che inizi quella successiva. È come la suddetta fabbrica agli inizi, composta solo da un piccolo laboratorio e da un unico titolare che lavorava da solo: dopo aver ricevuto un ordine, era completamente occupato a evadere il primo ordine e non poteva accettarne un secondo. Il ciclo di ricezione e completamento degli ordini-o di recupero ed esecuzione delle istruzioni-è quindi un processo seriale. Più tardi, il capo scoprì che prendere gli ordini non richiedeva molto tempo. Con l'aiuto di un assistente i due potevano lavorare in modo indipendente; questo permetteva al capo di accettare un nuovo ordine e contemporaneamente finire i prodotti di quello precedente. In termini di architettura della CPU, ciò corrisponde alla separazione dell'unità di recupero dell'istruzione-dall'unità di esecuzione dell'istruzione-. Di conseguenza, la CPU può recuperare l'istruzione successiva in parallelo mentre esegue quella corrente. Ciò ha rappresentato un salto di qualità nella tecnologia della CPU, spostando le operazioni dall'elaborazione seriale a quella parallela e stabilendo il prototipo della pipeline di istruzioni.
Una volta che la CPU ha completato il passaggio sopra menzionato, la sfida rimanente consiste nel migliorare le capacità di elaborazione parallela. Traendo ispirazione dalle catene di montaggio di fabbrica, i progettisti di CPU hanno suddiviso l'esecuzione di una singola istruzione in più fasi distinte-o "micro-istruzioni"-riducendo così in modo significativo la complessità delle istruzioni, semplificando la progettazione logica e aumentando la velocità. Nelle CPU che utilizzano la tecnologia di pipeline, non appena un'istruzione termina la sua prima "fase", l'istruzione successiva entra immediatamente nella pipeline per iniziare l'esecuzione. Chiaramente, questo approccio di pipeline richiede più unità di esecuzione-una funzionalità implementata in x86 chip.
