Computerpijplijning
Computerpipelining werd voor het eerst geïntroduceerd door Intel in de 486-chip. De werking van een pijpleiding is analoog aan die van een industriële assemblagelijn. Binnen de CPU vormt een reeks circuiteenheden met verschillende functies een instructieverwerkingspijplijn; een x86-instructie wordt opgesplitst in vijf of zes stappen, die vervolgens opeenvolgend door deze eenheden worden uitgevoerd. Hierdoor kan een instructie binnen één enkele CPU-klokcyclus worden voltooid, waardoor de verwerkingssnelheid van de CPU wordt verhoogd. In de klassieke Pentium-processor bestaat elke pijplijn met gehele getallen uit vier fasen-instructie prefetchen, decoderen, uitvoeren en schrijven-terug-terwijl de drijvende- pijplijn uit acht fasen bestaat.
Pipelining is een sleuteltechnologie die veel wordt gebruikt in microprocessors (CPU's). Het beschrijft de methode waarmee instructies binnen de CPU worden uitgevoerd; om pijpleidingen te begrijpen, moet je eerst de instructies en het proces van hun uitvoering begrijpen.
Computerinstructies
Een computerinstructie is een specifieke set binaire gegevens die de CPU vertelt wat hij moet doen. Als de CPU wordt vergeleken met een fabriek, lijkt een instructie op een klantorder; het activeert een reeks acties binnen de CPU-'fabriek', wat uiteindelijk een rekenresultaat oplevert-het eindproduct. Hoe werkt dit eigenlijk? Ten eerste moet er een afdeling zijn die orders ontvangt-de eenheid voor het ophalen van instructies van de CPU; ten tweede moet er een werkplaats zijn om de orders uit te voeren-de eenheid voor het uitvoeren van instructies van de CPU. In een fabriek wordt de productie van een artikel opgesplitst in meerdere productiestappen; op dezelfde manier wordt een instructie omgezet in een reeks overeenkomstige micro-bewerkingen binnen de CPU. Het achtereenvolgens voltooien van deze micro-bewerkingen vormt de uitvoering van de gehele instructie.
Instructie Uitvoering
Bij low-CPU's is de uitvoering van instructies serieel; Simpel gezegd: de ene instructie is voltooid voordat de volgende begint. Dit is net als de eerder genoemde fabriek in de beginperiode, bestaande uit slechts een kleine werkplaats en een eenmanszaak die alleen werkte: bij ontvangst van een bestelling was hij volledig bezig met het uitvoeren van die eerste bestelling en kon hij geen tweede accepteren. De cyclus van het ontvangen en voltooien van bestellingen-of het ophalen en uitvoeren van instructies-is dus een serieel proces. Later ontdekte de baas dat het aannemen van bestellingen niet veel tijd kostte. Met hulp van een assistent konden de twee zelfstandig werken; Hierdoor kon de baas een nieuwe bestelling accepteren en tegelijkertijd de producten voor de vorige afwerken. In termen van CPU-architectuur komt dit overeen met de scheiding tussen de instructie-ophaaleenheid en de instructie-uitvoeringseenheid. Bijgevolg kan de CPU de volgende instructie parallel ophalen terwijl de huidige wordt uitgevoerd. Dit betekende een kwalitatieve sprong voorwaarts in de CPU-technologie, waarbij bewerkingen werden verschoven van seriële naar parallelle verwerking en het prototype van de instructiepijplijn tot stand kwam.
Zodra de CPU de bovengenoemde stap heeft voltooid, ligt de resterende uitdaging in het verbeteren van de parallelle verwerkingsmogelijkheden. Geïnspireerd door de assemblagelijnen in fabrieken hebben CPU-ontwerpers de uitvoering van een enkele instructie opgedeeld in meerdere afzonderlijke fasen-of 'micro--instructies'-waardoor de complexiteit van de instructies aanzienlijk werd verminderd, het logica-ontwerp werd vereenvoudigd en de snelheid werd verhoogd. Bij CPU's die gebruik maken van pipeliningtechnologie, komt zodra een instructie zijn eerste "fase" voltooit, de volgende instructie onmiddellijk de pijplijn binnen om met de uitvoering te beginnen. Het is duidelijk dat deze pijplijnbenadering meerdere uitvoeringseenheden vereist-een functie die is geïmplementeerd in x86 chips.
