कंप्यूटर पाइपलाइनिंग
कंप्यूटर पाइपलाइनिंग को सबसे पहले इंटेल द्वारा 486 चिप में पेश किया गया था। पाइपलाइन के संचालन का तरीका औद्योगिक असेंबली लाइन के समान है। सीपीयू के भीतर, अलग-अलग कार्यों वाली सर्किट इकाइयों की एक श्रृंखला एक निर्देश प्रसंस्करण पाइपलाइन बनाती है; एक x86 निर्देश को पाँच या छह चरणों में विभाजित किया जाता है, जिसे बाद में इन इकाइयों द्वारा क्रमिक रूप से निष्पादित किया जाता है। यह एकल सीपीयू घड़ी चक्र के भीतर एक निर्देश को पूरा करने में सक्षम बनाता है, जिससे सीपीयू की प्रसंस्करण गति बढ़ जाती है। क्लासिक पेंटियम प्रोसेसर में, प्रत्येक पूर्णांक पाइपलाइन में चार चरण होते हैं {{6}निर्देश प्रीफ़ेच, डिकोड, निष्पादित और लिखना{{7}वापस{{8}जबकि फ्लोटिंग{9}बिंदु पाइपलाइन में आठ चरण होते हैं।
पाइपलाइनिंग माइक्रोप्रोसेसरों (सीपीयू) में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एक प्रमुख तकनीक है। यह उस विधि का वर्णन करता है जिसके द्वारा सीपीयू के भीतर निर्देशों को निष्पादित किया जाता है; पाइपलाइनिंग को समझने के लिए, पहले निर्देशों और उनके निष्पादन की प्रक्रिया को समझना होगा।
कंप्यूटर निर्देश
कंप्यूटर निर्देश बाइनरी डेटा का एक विशिष्ट सेट है जो सीपीयू को बताता है कि क्या करना है। यदि सीपीयू की तुलना एक विनिर्माण संयंत्र से की जाती है, तो एक निर्देश ग्राहक के ऑर्डर के समान होता है; यह सीपीयू "फ़ैक्टरी" के भीतर क्रियाओं की एक श्रृंखला को ट्रिगर करता है, अंततः तैयार उत्पाद का एक कम्प्यूटेशनल परिणाम देता है। यह वास्तव में कैसे काम करता है? सबसे पहले, आदेश प्राप्त करने के लिए एक विभाग होना चाहिए -सीपीयू की अनुदेश लाने वाली इकाई; दूसरा, सीपीयू की निर्देश निष्पादन इकाई के आदेशों को पूरा करने के लिए एक कार्यशाला होनी चाहिए। एक कारखाने में, किसी वस्तु का उत्पादन कई विनिर्माण चरणों में विभाजित होता है; इसी तरह, एक निर्देश को सीपीयू के भीतर संबंधित सूक्ष्म ऑपरेशनों की एक श्रृंखला में बदल दिया जाता है। इन सूक्ष्म परिचालनों को क्रम से पूरा करने से संपूर्ण निर्देश का निष्पादन होता है।
अनुदेश निष्पादन
निचले स्तर के सीपीयू में, अनुदेश निष्पादन क्रमिक होता है; सीधे शब्दों में कहें तो, एक निर्देश अगला शुरू होने से पहले पूरा हो जाता है। यह अपने शुरुआती दिनों में उपर्युक्त कारखाने की तरह है, जिसमें केवल एक छोटी कार्यशाला और अकेले काम करने वाला एकमात्र मालिक शामिल है: एक ऑर्डर प्राप्त करने पर, वह उस पहले ऑर्डर को पूरा करने में पूरी तरह से व्यस्त हो जाएगा और दूसरे को स्वीकार करने में असमर्थ होगा। ऑर्डर प्राप्त करने और पूरा करने का चक्र{{3}या निर्देश प्राप्त करने और निष्पादित करने का चक्र{{4}इस प्रकार एक क्रमिक प्रक्रिया है। बाद में बॉस को पता चला कि ऑर्डर लेने में ज्यादा समय नहीं लगता। एक सहायक की मदद से, दोनों स्वतंत्र रूप से काम कर सकते थे; इससे बॉस को पिछले ऑर्डर के उत्पादों को पूरा करने के साथ-साथ एक नया ऑर्डर स्वीकार करने की अनुमति मिल गई। सीपीयू आर्किटेक्चर के संदर्भ में, यह निर्देश लाने वाली इकाई को निर्देश निष्पादन इकाई से अलग करने के अनुरूप है। नतीजतन, सीपीयू वर्तमान निर्देश को निष्पादित करते समय समानांतर में अगला निर्देश प्राप्त कर सकता है। इसने सीपीयू प्रौद्योगिकी में एक गुणात्मक छलांग का प्रतिनिधित्व किया, संचालन को धारावाहिक से समानांतर प्रसंस्करण में स्थानांतरित किया और निर्देश पाइपलाइन के प्रोटोटाइप की स्थापना की।
एक बार जब सीपीयू ने उपरोक्त चरण पूरा कर लिया है, तो शेष चुनौती समानांतर प्रसंस्करण क्षमताओं को बढ़ाने में है। फ़ैक्टरी असेंबली लाइनों से प्रेरणा लेते हुए, सीपीयू डिजाइनरों ने एक ही निर्देश के निष्पादन को कई अलग-अलग चरणों {{1}या "माइक्रो{2}}निर्देशों"{{3}में तोड़ दिया, जिससे निर्देश की जटिलता काफी कम हो गई, तर्क डिजाइन सरल हो गया और गति बढ़ गई। पाइपलाइनिंग तकनीक का उपयोग करने वाले सीपीयू में, जैसे ही एक निर्देश अपना पहला "चरण" पूरा करता है, अगला निर्देश तुरंत निष्पादन शुरू करने के लिए पाइपलाइन में प्रवेश करता है। स्पष्ट रूप से, इस पाइपलाइनिंग दृष्टिकोण के लिए एकाधिक निष्पादन इकाइयों की आवश्यकता होती है {{6}एक सुविधा जो x{7}} चिप्स में कार्यान्वित की जाती है।
