Qu'est-ce qu'un pipeline CPU d'ordinateur ?

Un pipeline CPU est une série d'étapes de traitement dans l'unité centrale de traitement (CPU) d'un ordinateur. Les étapes sont généralement l'extraction, le décodage, l'exécution et la réécriture. Le pipeline est un élément de conception fondamental de la plupart des processeurs et son objectif est d'améliorer les performances. En divisant le traitement des instructions en étapes distinctes, le CPU peut continuer à traiter plusieurs instructions en même temps. C'est ce qu'on appelle le parallélisme ou le traitement parallèle, et cela peut être une amélioration significative des performances. Cependant, cela se fait au prix d'une complexité accrue et peut introduire des retards (appelés blocages de pipeline) si les instructions doivent être exécutées dans le désordre.

Dans cet article, nous vous expliquerons qu'est-ce qu'un pipeline de processeur informatique . L'unité centrale de traitement (abréviation d'unité centrale de traitement) est une partie importante de l'ordinateur, fonctionnant comme le cerveau. Et nous le savons déjà. Mais ce que nous ne savons peut-être pas, ce sont les techniques qui rendent le processeur efficace. Une de ces techniques est Canalisation . Si tu veux savoir qu'est-ce qu'un processeur en pipeline et comment le pipeline améliore les performances du processeur alors lisez ce message.

Qu'est-ce qu'un pipeline CPU d'ordinateur ?

En informatique, une instruction est une commande donnée par un programme au processeur central. Il se compose d'un code en langage machine que le CPU comprend et exécute. Par exemple, |_+_| est une instruction utilisée pour indiquer au CPU de stocker des informations dans la RAM. Le pipeline est une technique utilisé dans le développement de processeurs modernes. Ce augmente le débit global des commandes (nombre d'instructions exécutées par seconde) en divisant les instructions en sous-tâches que le CPU peut traiter en parallèle.

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Qu'est-ce qu'un processeur pipeline ?

Un processeur en pipeline fonctionne sur le principe du pipelining, divisant un ensemble d'instructions en un certain nombre de sous-tâches, où chaque sous-tâche effectue une opération. Le pipeline a 2 terminaux : entrée et sortie . Plusieurs sous-tâches sont accumulées entre ces extrémités de telle manière que la sortie d'une sous-tâche est connectée à l'entrée de la sous-tâche suivante. Par conséquent, le processeur en pipeline exécute plusieurs sous-tâches en même temps.

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Lire aussi : Explication des types de topologie dans un réseau informatique .

Comment le pipeline améliore-t-il les performances du processeur ?

Généralement, le CPU peut casser une instruction dans les cas suivants. 4 sous-tâches (à un niveau très basique):

• Apporter – récupérer les instructions de la mémoire.
• déchiffrer - instructions de décodage.
• Remplir - exécution des instructions.
• Écrire – écriture du résultat en mémoire.

Supposons maintenant Le CPU a un bloc dédié pour effectuer chacune de ces sous-tâches. . Pendant qu'un bloc exécute une sous-tâche, le reste des blocs CPU sera inactif, ne faisant rien pendant ce temps. Le pipelining tire parti de ces unités inactives en les utilisant pour traiter d'autres instructions en file d'attente.

Comprenons cela avec un exemple. Regardez la figure suivante :

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La figure ci-dessus montre comment un ensemble de deux instructions est exécuté dans un environnement CPU non pipeline et dans un environnement CPU pipeline. Comme vous pouvez le voir, un processeur non pipeline prend 8 cycles pour exécuter 2 instructions, tandis qu'un processeur pipeline exécute le même ensemble d'instructions en seulement 5 cycles.

En y regardant de plus près, le CPU en pipeline utilise son bloc Fetch pour exécuter la première sous-tâche de la deuxième instruction, tandis que son bloc Decode exécute déjà la deuxième sous-tâche de la première instruction. Par conséquent, il utilise le deuxième bloc en même temps que le premier bloc, qui serait autrement inactif dans un environnement sans pipeline.

Augmenter la vitesse d'exécution d'un jeu d'instructions donné augmente donc la vitesse du processeur. Et voici comment le pipelining améliore l'efficacité du processeur. Important à noter ici est que le pipeline ne réduit pas le temps nécessaire au processeur pour exécuter une instruction. Au contraire, cela augmente le nombre d'instructions que le CPU peut traiter en même temps. Donc, augmenter le nombre de sous-tâches ne signifie pas vraiment qu'un processeur en pipeline sera plus rapide qu'un processeur sans pipeline. En fait, un processeur non pipeline peut prendre moins de temps pour exécuter une seule instruction qu'un processeur pipeline, en fonction du nombre d'étapes de pipeline impliquées (nombre de sous-tâches).

J'espère que l'explication ci-dessus indique clairement ce qu'est le pipeline CPU d'un ordinateur. Si vous avez des doutes, veuillez les partager dans la section des commentaires ci-dessous.

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Le pipeline améliore-t-il les performances du processeur ?

L'architecture pipeline augmente le nombre d'instructions traitées par cycle de processeur. En augmentant le débit des instructions, il augmente les performances globales du CPU. Cependant, si le jeu d'instructions se compose d'instructions complexes (telles que des instructions de branchement), la CPU ne saura pas à l'avance où lire l'instruction suivante et devra attendre que l'instruction en cours soit complètement exécutée. Dans de tels cas, l'architecture en pipeline peut ne pas fournir l'efficacité du processeur.

Le pipeline augmente-t-il le temps d'exécution ?

Le pipeline augmente le nombre d'instructions exécutées simultanément dans chaque cycle d'horloge. Mais cela n'augmente pas nécessairement le temps nécessaire pour exécuter une seule instruction. Par exemple, le pipeline n'est pas adapté à l'exécution d'instructions de branchement, ce qui détourne l'exécution séquentielle vers un autre chemin. Cette désorganisation peut casser le pipeline ou le nettoyer complètement à moins que des méthodes appropriées ne soient introduites pour résoudre les problèmes avec les branches.

En savoir plus: Comment limiter l'utilisation du processeur pour un processus sous Windows .