CPU тръбопроводът е поредица от етапи на обработка в централния процесор (CPU) на компютъра. Етапите обикновено са извличане, декодиране, изпълнение и обратно записване. Тръбопроводът е основен елемент от дизайна на повечето процесори и целта му е да подобри производителността. Чрез разделянето на обработката на инструкциите на отделни етапи, процесорът може да поддържа обработка на множество инструкции едновременно. Това е известно като паралелизъм или паралелна обработка и може да бъде значително повишаване на производителността. Това обаче идва с цената на повишена сложност и може да въведе закъснения (известни като конвейерни застой), ако инструкциите трябва да бъдат изпълнени неправилно.
В тази публикация ще обясним какво е тръбопровод на компютърен процесор . Централният процесор (съкращение от central processing unit) е важна част от компютъра, функционираща като мозъка. И ние вече го знаем. Но това, което може би не знаем, са техниките, които правят процесора ефективен. Една от тези техники е Конвейерна обработка . Ако искате да знаете какво е конвейеризиран процесор и как конвейеризацията подобрява производителността на процесора тогава прочетете тази публикация.
Какво е тръбопровод на компютърен процесор?
В компютърните науки инструкцията е команда, дадена от програма към централния процесор. Състои се от код на машинен език, който процесорът разбира и изпълнява. Например |_+_| е инструкция, използвана, за да каже на процесора да съхранява информация в RAM. Конвейерът е техника използвани при разработването на съвременни процесори. Това увеличава общата пропускателна способност на командите (брой инструкции, изпълнявани за секунда) чрез разделяне на инструкциите на подзадачи, които процесорът може да обработва паралелно.
подготвяне на прозорци
Какво е конвейерен процесор?
Конвейерният процесор работи на принципа на конвейерната обработка, като разделя набор от инструкции на няколко подзадачи, където всяка подзадача изпълнява една операция. Тръбопроводът има 2 крайни точки: вход и изход . Няколко подзадачи се натрупват между тези краища по такъв начин, че изходът на една подзадача е свързан с входа на следващата подзадача. Следователно конвейерният CPU изпълнява повече от една подзадача едновременно.
най-доброто приложение за Twitter за Windows 10
Прочетете също: Обяснение на типовете топология в компютърна мрежа .
Как конвейерната обработка подобрява производителността на процесора?
По принцип процесорът може да наруши дадена инструкция в следните случаи. 4 подзадачи (на много основно ниво):
- Донеси – извличане на инструкции от паметта.
- дешифрирам - инструкции за декодиране.
- Изпълнете - изпълнение на инструкции.
- Пишете – запис на резултата обратно в паметта.
Сега да предположим Централният процесор има специален блок за изпълнение на всяка от тези подзадачи. . Докато един блок изпълнява подзадача, останалите блокове на процесора ще бъдат неактивни, без да правят нищо през това време. Конвейерната обработка се възползва от тези неактивни единици, като ги използва за обработка на други инструкции на опашка.
Нека разберем това с пример. Вижте следната фигура:
Фигурата по-горе показва как се изпълнява набор от две инструкции в неконвейерна CPU среда и в конвейерна CPU среда. Както можете да видите, неконвейерният CPU отнема 8 цикъла, за да изпълни 2 инструкции, докато конвейерният CPU изпълнява същия набор от инструкции само за 5 цикъла.
Windows Server 2016 срещу Windows 10
Вглеждайки се внимателно, конвейерният процесор използва своя блок Fetch, за да изпълни първата подзадача на втората инструкция, докато неговият блок Decode вече изпълнява втората подзадача на първата инструкция. Следователно той използва втория блок едновременно с първия блок, който иначе би бил неактивен в неконвейерна среда.
Следователно увеличаването на скоростта на изпълнение на даден набор от инструкции увеличава скоростта на процесора. И ето как конвейерната обработка подобрява ефективността на процесора. Важно е да се отбележи тук е, че конвейеризацията не намалява времето, необходимо на процесора за изпълнение на инструкция. По-скоро увеличава броя на инструкциите, които процесорът може да обработва едновременно. Така че увеличаването на броя на подзадачите всъщност не означава, че конвейерният CPU ще бъде по-бърз от неконвейерния CPU. Всъщност на неконвейерния CPU може да отнеме по-малко време за изпълнение на една инструкция, отколкото на конвейерния CPU, в зависимост от броя на включените етапи на конвейера (броя подзадачи).
Надявам се, че горното обяснение изяснява какво представлява конвейерът на процесора на компютъра. Ако имате някакви съмнения, моля, споделете ги в секцията за коментари по-долу.
Excel скриване на препълване
Конвейеризацията подобрява ли производителността на процесора?
Архитектурата на конвейера увеличава броя на инструкциите, обработвани на процесорен цикъл. Чрез увеличаване на пропускателната способност на инструкциите, той повишава цялостната производителност на процесора. Въпреки това, ако наборът от инструкции се състои от сложни инструкции (като инструкции за разклоняване), процесорът няма да знае предварително къде да прочете следващата инструкция и трябва да изчака, докато текущата инструкция бъде напълно изпълнена. В такива случаи конвейерната архитектура може да не осигури ефективност на процесора.
Конвейерът увеличава ли времето за изпълнение?
Конвейерната обработка увеличава броя на инструкциите, изпълнявани едновременно във всеки тактов цикъл. Но това не увеличава непременно времето, необходимо за изпълнение на една инструкция. Например конвейерната обработка не е подходяща за изпълнение на инструкции за разклоняване, което отклонява последователното изпълнение към друг път. Тази дезорганизация може да счупи тръбопровода или да го почисти напълно, освен ако не бъдат въведени подходящи методи за решаване на проблеми с разклоненията.
Прочетете още: Как да ограничите използването на процесора за процес в Windows .
