Počítačové potrubí
Počítačové zřetězení bylo poprvé představeno společností Intel v čipu 486. Způsob fungování potrubí je analogický průmyslové montážní lince. Uvnitř CPU tvoří řada obvodových jednotek s odlišnými funkcemi potrubí pro zpracování instrukcí; instrukce x86 je rozdělena do pěti nebo šesti kroků, které pak tyto jednotky provádějí postupně. To umožňuje dokončení instrukce v rámci jednoho hodinového cyklu CPU, čímž se zvyšuje rychlost zpracování CPU. V klasickém procesoru Pentium se každý celočíselný kanál skládá ze čtyř fází-předběžného načítání, dekódování, provádění a zápisu-zpět-, zatímco potrubí s plovoucí čárkou-sestává z osmi fází.
Pipelining je klíčová technologie široce používaná v mikroprocesorech (CPU). Popisuje metodu, kterou jsou instrukce prováděny v CPU; Abychom porozuměli pipeliningu, musíme nejprve porozumět instrukcím a procesu jejich provádění.
Počítačové instrukce
Počítačová instrukce je specifická sada binárních dat, která říká CPU, co má dělat. Pokud je CPU přirovnáno k výrobnímu závodu, instrukce je podobná zákaznické objednávce; spouští řadu akcí v rámci „továrny CPU“ a nakonec vede k výpočtovému-výsledku hotového produktu. Jak to vlastně funguje? Nejprve musí existovat oddělení, které bude přijímat objednávky-jednotky pro načítání instrukcí CPU; za druhé, musí existovat dílna, která bude plnit příkazy-jednotky pro provádění instrukcí CPU. V továrně je výroba položky rozdělena do několika výrobních kroků; podobně je instrukce převedena na sérii odpovídajících mikro-operací v rámci CPU. Dokončení těchto mikro-operací v sekvenci představuje provedení celé instrukce.
Provedení instrukce
U procesorů nižší třídy{0} je provádění instrukcí sériové; jednoduše řečeno, jedna instrukce je dokončena dříve, než začne další. Je to jako výše zmíněná továrna v jejích počátcích, skládající se pouze z malé dílny a jediného vlastníka pracujícího samostatně: po obdržení objednávky by byl plně zaměstnán plněním první objednávky a nebyl by schopen přijmout druhou. Cyklus přijímání a dokončování objednávek-nebo načítání a provádění pokynů-je tedy sériový proces. Později šéf zjistil, že přijímání rozkazů nevyžaduje mnoho času. S pomocí asistenta mohli oba pracovat samostatně; to umožnilo šéfovi přijmout novou objednávku a současně dokončovat produkty pro předchozí. Z hlediska architektury CPU to odpovídá oddělení instrukční-jednotky načítání od instrukční-prováděcí jednotky. V důsledku toho může CPU načíst další instrukci paralelně, zatímco provádí aktuální. To představovalo kvalitativní skok v technologii CPU, posun operací od sériového k paralelnímu zpracování a vytvoření prototypu potrubí instrukcí.
Jakmile CPU dokončí výše uvedený krok, zbývající výzva spočívá ve zlepšení schopností paralelního zpracování. Konstruktéři CPU se inspirovali výrobními výrobními linkami a rozdělili provádění jedné instrukce do několika různých fází-nebo „mikro{2}}instrukcí“-, čímž výrazně snížili složitost instrukcí, zjednodušili logický návrh a zvýšili rychlost. V procesorech využívajících technologii zřetězení, jakmile jedna instrukce dokončí svou první „fázi“, další instrukce okamžitě vstoupí do zřetězení, aby zahájila provádění. Je zřejmé, že tento postup zřetězení vyžaduje několik prováděcích jednotek-funkci implementovanou v x86 čipech.
