컴퓨터 파이프라이닝
컴퓨터 파이프라이닝은 Intel이 486 칩에서 처음 도입했습니다. 파이프라인이 작동하는 방식은 산업 조립 라인과 유사합니다. CPU 내에서는 서로 다른 기능을 가진 일련의 회로 장치가 명령 처리 파이프라인을 형성합니다. x86 명령은 5개 또는 6개 단계로 나누어져 이러한 장치에 의해 순차적으로 실행됩니다. 이를 통해 단일 CPU 클록 주기 내에 명령을 완료할 수 있어 CPU의 처리 속도가 향상됩니다. 기존 Pentium 프로세서에서 각 정수 파이프라인은 4단계-명령어 프리패치, 디코딩, 실행 및 쓰기-로 구성되는 반면-부동 소수점 파이프라인은 8단계로 구성됩니다-.
파이프라이닝은 마이크로프로세서(CPU)에 널리 사용되는 핵심 기술이다. CPU 내에서 명령이 실행되는 방법을 설명합니다. 파이프라이닝을 이해하려면 먼저 명령과 명령 실행 프로세스를 이해해야 합니다.
컴퓨터 지침
컴퓨터 명령어는 CPU에 수행할 작업을 알려주는 특정 이진 데이터 집합입니다. CPU를 제조 공장에 비유한다면 지침은 고객 주문과 유사합니다. 이는 CPU '공장' 내에서 일련의 작업을 트리거하여 궁극적으로 계산 결과-완제품을 생성합니다. 이것이 실제로 어떻게 작동합니까? 먼저 주문을 받는 부서가 있어야 합니다.-CPU의 명령 가져오기 장치; 둘째, CPU의 명령 실행 단위-명령을 이행하기 위한 워크샵이 있어야 합니다. 공장에서는 품목 생산이 여러 제조 단계로 나누어집니다. 마찬가지로 명령어는 CPU 내에서 일련의 해당 마이크로{6}}작업으로 변환됩니다. 이러한 마이크로-연산을 순서대로 완료하면 전체 명령이 실행됩니다.
명령어 실행
저가{0}}CPU에서는 명령어 실행이 직렬로 이루어집니다. 간단히 말해서, 다음 명령이 시작되기 전에 하나의 명령이 완료됩니다. 이는 앞서 언급한 초창기 공장과 같으며 작은 작업장과 개인 소유주만으로 구성되어 있습니다. 주문을 받으면 첫 번째 주문을 이행하는 데 전념하고 두 번째 주문을 받을 수 없습니다. 따라서 주문 수신 및 완료-또는 지침 가져오기 및 실행-주기는 연속적인 프로세스입니다. 나중에 사장은 주문을 받는 데 많은 시간이 필요하지 않다는 것을 알게 되었습니다. 조수의 도움으로 두 사람은 독립적으로 일할 수 있었습니다. 이를 통해 상사는 이전 주문의 제품을 완성하는 동시에 새로운 주문을 수락할 수 있었습니다. CPU 아키텍처 측면에서 이는 명령어-패치 단위와 명령어-실행 단위의 분리에 해당합니다. 결과적으로 CPU는 현재 명령을 실행하는 동안 다음 명령을 병렬로 가져올 수 있습니다. 이는 CPU 기술의 질적 도약을 의미하며, 작업을 직렬 처리에서 병렬 처리로 전환하고 명령어 파이프라인의 프로토타입을 확립했습니다.
CPU가 앞서 언급한 단계를 완료하고 나면 남은 과제는 병렬 처리 기능을 향상시키는 것입니다. CPU 설계자는 공장 조립 라인에서 영감을 얻어 단일 명령 실행을 여러 개별 단계-또는 '마이크로-명령어'-로 나누어 명령 복잡성을 크게 줄이고 논리 설계를 단순화하며 속도를 높였습니다. 파이프라이닝 기술을 활용하는 CPU에서는 한 명령이 첫 번째 "단계"를 마치자마자 다음 명령이 즉시 파이프라인에 들어가 실행을 시작합니다. 분명히 이 파이프라인 접근 방식에는 여러 실행 단위-x86 칩에 구현된 기능이 필요합니다.
