O que é um pipeline de CPU de computador?

Um pipeline de CPU é uma série de estágios de processamento na unidade central de processamento (CPU) de um computador. Os estágios normalmente são busca, decodificação, execução e write-back. O pipeline é um elemento de design fundamental da maioria das CPUs e seu objetivo é melhorar o desempenho. Ao dividir o processamento de instruções em estágios separados, a CPU pode manter várias instruções processando ao mesmo tempo. Isso é conhecido como paralelismo ou processamento paralelo e pode ser um aumento significativo no desempenho. No entanto, isso vem com o custo de maior complexidade e pode introduzir atrasos (conhecidos como paradas de pipeline) se as instruções precisarem ser executadas fora de ordem.

Neste post vamos explicar o que é um pipeline de processador de computador . A unidade central de processamento (abreviação de unidade central de processamento) é uma parte importante do computador, funcionando como o cérebro. E nós já sabemos disso. Mas o que talvez não saibamos são as técnicas que tornam a CPU eficiente. Uma dessas técnicas é Pipelining . Se você quer saber o que é CPU com pipeline e como o pipelining melhora o desempenho da CPU então leia este post.

O que é um pipeline de CPU de computador?

Em ciência da computação, uma instrução é um comando dado por um programa ao processador central. Consiste em código de linguagem de máquina que a CPU entende e executa. Por exemplo, |_+_| é uma instrução usada para dizer à CPU para armazenar informações na RAM. Pipelining é uma técnica usado no desenvolvimento de processadores modernos. Esse aumenta a taxa de transferência geral do comando (número de instruções executadas por segundo) dividindo as instruções em subtarefas que a CPU pode processar em paralelo.

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O que é um processador com pipeline?

Uma CPU com pipeline funciona com base no princípio de pipelining, dividindo um conjunto de instruções em várias subtarefas, onde cada subtarefa executa uma operação. O gasoduto tem 2 endpoints: entrada e saída . Várias subtarefas são acumuladas entre essas extremidades de forma que a saída de uma subtarefa seja conectada à entrada da próxima subtarefa. Portanto, a CPU com pipeline executa mais de uma subtarefa ao mesmo tempo.

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Como o pipelining melhora o desempenho do processador?

Geralmente, a CPU pode quebrar uma instrução nos seguintes casos. 4 subtarefas (em um nível muito básico):

• Trazer – buscar instruções na memória.
• decifrar - instruções de decodificação.
• Completar - execução de instruções.
• Escrever – gravando o resultado de volta na memória.

Agora suponha A CPU tem um bloco dedicado para executar cada uma dessas subtarefas. . Enquanto um bloco está executando uma subtarefa, o resto dos blocos da CPU ficarão ociosos, sem fazer nada durante esse tempo. Pipelining tira proveito dessas unidades ociosas usando-as para processar outras instruções enfileiradas.

Vamos entender isso com um exemplo. Observe a figura a seguir:

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A figura acima mostra como um conjunto de duas instruções é executado em um ambiente de CPU sem pipeline e em um ambiente de CPU com pipeline. Como você pode ver, uma CPU sem pipeline leva 8 ciclos para executar 2 instruções, enquanto uma CPU com pipeline executa o mesmo conjunto de instruções em apenas 5 ciclos.

Olhando de perto, a CPU com pipeline está usando seu bloco Fetch para executar a primeira subtarefa da segunda instrução, enquanto seu bloco Decode já está executando a segunda subtarefa da primeira instrução. Portanto, ele usa o segundo bloco ao mesmo tempo que o primeiro bloco, que de outra forma ficaria ocioso em um ambiente sem pipeline.

Aumentar a velocidade de execução de um determinado conjunto de instruções, portanto, aumenta a velocidade do processador. E aqui está como o pipelining melhora a eficiência do processador. Importante observar aqui é que o pipelining não reduz o tempo que o processador leva para executar uma instrução. Em vez disso, aumenta o número de instruções que a CPU pode processar ao mesmo tempo. Portanto, aumentar o número de subtarefas não significa realmente que uma CPU com pipeline será mais rápida do que uma CPU sem pipeline. De fato, uma CPU sem pipeline pode levar menos tempo para executar uma única instrução do que uma CPU com pipeline, dependendo do número de estágios do pipeline envolvidos (número de subtarefas).

Espero que a explicação acima deixe claro o que é o pipeline da CPU de um computador. Se você tiver alguma dúvida, compartilhe-a na seção de comentários abaixo.

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O pipelining melhora o desempenho do processador?

A arquitetura de pipeline aumenta o número de instruções processadas por ciclo do processador. Ao aumentar o rendimento das instruções, aumenta o desempenho geral da CPU. No entanto, se o conjunto de instruções consistir em instruções complexas (como instruções de desvio), a CPU não saberá com antecedência onde ler a próxima instrução e deverá aguardar até que a instrução atual seja completamente executada. Nesses casos, a arquitetura em pipeline pode não fornecer eficiência de CPU.

Pipelining aumenta o tempo de execução?

Pipelining aumenta o número de instruções executadas simultaneamente em cada ciclo de clock. Mas isso não aumenta necessariamente o tempo necessário para executar uma única instrução. Por exemplo, o pipelining não é adequado para executar instruções de desvio, o que desvia a execução sequencial para outro caminho. Essa desorganização pode quebrar o pipeline ou limpá-lo completamente, a menos que métodos adequados sejam introduzidos para resolver problemas com ramificações.

Consulte Mais informação: Como limitar o uso da CPU para um processo no Windows .