Computadora de línea de ensamblaje
Intel utilizó por primera vez la tubería informática en el chip 486. La línea de montaje funciona como una línea de montaje en la producción industrial. En la CPU, una tubería de procesamiento de instrucciones se compone de 5 a 6 unidades de circuito con diferentes funciones, y luego una instrucción X86 se divide en 5 a 6 pasos y luego se ejecuta mediante estas unidades de circuito respectivamente, de modo que una instrucción se pueda completar en una. Ciclo de reloj de la CPU, aumentando así la velocidad de cálculo de la CPU. Cada canalización de números enteros del Pentium clásico se divide en cuatro niveles de canalización, a saber, captación previa de instrucciones, decodificación, ejecución y reescritura de resultados. El canalización de punto flotante se divide en ocho niveles de canalización.
La tecnología de canalización de computadora (Pipeline) es una tecnología clave ampliamente utilizada en chips de microprocesamiento (CPU). La tecnología de canalización de computadora se refiere a una descripción del método de ejecución de cada instrucción dentro de la CPU. Primero debe comprender las instrucciones y su proceso de ejecución.
1. Instrucciones de computadora
Las instrucciones de computadora son un conjunto específico de códigos binarios que le indican a la CPU qué hacer. Si comparamos la CPU con una fábrica de procesamiento, entonces una instrucción es como una orden: desencadena una serie de acciones en la fábrica de procesamiento CPU y finalmente obtiene los resultados y productos de la operación. Entonces, ¿cómo funcionan exactamente? En primer lugar, debe haber un departamento que reciba órdenes (el mecanismo de obtención de instrucciones de la CPU); en segundo lugar, debe haber un taller que complete las órdenes (el mecanismo de ejecución de la CPU); En la fábrica, los productos de un pedido se dividen en muchos procesos y las instrucciones se convierten en muchas microoperaciones correspondientes en la CPU. Al completarlas en secuencia, se ejecuta la instrucción completa.
2. Ejecutar instrucciones
En las CPU de gama baja, la ejecución de instrucciones es en serie. En pocas palabras, después de ejecutar una instrucción, se ejecuta la siguiente instrucción, como cuando. La fábrica de procesamiento que mencionamos anteriormente comenzó su negocio, solo tenía un pequeño taller y un jefe solitario, por lo que cuando recibió un pedido, debe estar ocupado completando el primer pedido y no pudo aceptar los 2 pedidos. De esta manera, recibir órdenes → completar órdenes → recibir órdenes → ... buscar instrucciones → ejecutar instrucciones → buscar instrucciones → ... es un proceso en serie. Más tarde, el jefe descubrió que no le llevó mucho tiempo aceptar el pedido y que también tenía un ayudante que podía trabajar de forma independiente. De esta manera, el jefe podía aceptar el siguiente pedido mientras completaba el pedido anterior. Esto se manifiesta en la separación del mecanismo de búsqueda de instrucciones y el mecanismo de ejecución de instrucciones en la CPU. Desde la perspectiva de la CPU en su conjunto, la CPU busca la siguiente instrucción en paralelo mientras ejecuta la instrucción anterior. Se trata de un salto cualitativo en la tecnología de CPU. Permite que la CPU pase del trabajo en serie al trabajo en paralelo, teniendo así el prototipo de una línea de montaje.
Una vez que la CPU ha completado el paso anterior, el problema restante es cómo mejorar la capacidad de procesamiento paralelo. Los diseñadores de la CPU se inspiraron en la línea de ensamblaje de la planta de procesamiento y descompusieron la ejecución de una instrucción. en Muchas microinstrucciones diferentes simplifican enormemente la complejidad de las instrucciones, simplifican el diseño lógico y aumentan la velocidad. En una CPU con tecnología de canalización, tan pronto como la instrucción anterior completa el primer "proceso", la segunda instrucción se agrega a la canalización y comienza la ejecución. Obviamente, esta tecnología de canalización requiere múltiples unidades de ejecución, que se implementan en el chip X86.
A través de la introducción anterior, hemos aprendido qué es la tecnología de tuberías. Aunque esto no es una innovación, es una dificultad importante en la realización de la tecnología y es un obstáculo importante para los diseñadores de CPU en el desarrollo de computadoras. . contribuir.
Entonces, ¿qué está pasando con el supercanal del chip P6?
3. Introducción a P6 Super Pipeline
Super Pipeline (Super Pipeline) sigue siendo esencialmente una tecnología de línea de ensamblaje, pero ha realizado las siguientes mejoras.
A. El número de líneas de gasoductos se ha incrementado de dos a tres en Pentium, y once unidades de ejecución independientes reciben soporte en paralelo.
B. En la ejecución se adopta tecnología de procesamiento fuera de orden.
Es decir, cuando una instrucción requiere algunos datos y no se puede ejecutar de inmediato, se eliminará de la línea de ensamblaje y esperará los datos, y la CPU ejecutará inmediatamente la siguiente instrucción. Es como descubrir que un determinado producto no está disponible. cumple con el estándar en la línea de montaje y se elimina, hay una razón para esperar a que se vuelva a trabajar. De esta manera, puede evitar que una instrucción no pueda ejecutarse y afecte la eficiencia de toda la canalización.
C． En P6, las instrucciones se dividen en etapas más detalladas, simplificando así el diseño lógico, los procesos, etc. y aumentando la velocidad. En el chip 486, una instrucción generalmente se divide en cinco partes estándar, y lo mismo ocurre con el Pentium. En P6, debido al uso de tecnología similar a RISC, una instrucción se divide en un récord de catorce etapas. Esto aumenta enormemente la velocidad de la tubería.