צנרת מחשב
צנרת מחשבים הוצגה לראשונה על ידי אינטל בשבב 486. אופן פעולתו של צינור מקביל לפס ייצור תעשייתי. בתוך ה-CPU, סדרה של יחידות מעגלים עם פונקציות שונות יוצרות צינור לעיבוד הוראות; הוראת x86 מחולקת לחמישה או שישה שלבים, אשר לאחר מכן מבוצעים ברצף על ידי יחידות אלה. זה מאפשר השלמת הוראה בתוך מחזור שעון יחיד של מעבד, ובכך להגדיל את מהירות העיבוד של המעבד. במעבד הפנטיום הקלאסי, כל צינור של מספרים שלמים מורכב מארבעה שלבים-שליפה מראש, פענוח, ביצוע וכתיבה-חזרה-בעוד שצינור הנקודה הצפה- כוללת שמונה שלבים.
צנרת היא טכנולוגיית מפתח בשימוש נרחב במיקרו-מעבדים (CPUs). הוא מתאר את השיטה שבה מבצעים הוראות בתוך ה-CPU; כדי להבין צנרת, יש להבין תחילה את ההוראות ואת תהליך ביצוען.
הוראות מחשב
הוראת מחשב היא קבוצה מסוימת של נתונים בינאריים שאומרת למעבד מה לעשות. אם המעבד מושווה למפעל ייצור, הוראה דומה להזמנת לקוח; הוא מפעיל סדרה של פעולות בתוך "המפעל" של המעבד, ובסופו של דבר מניב תוצאה חישובית-המוצר המוגמר. איך זה עובד בעצם? ראשית, חייבת להיות מחלקה כדי לקבל הזמנות-יחידת אחזור ההוראות של המעבד; שנית, חייבת להיות סדנה כדי למלא את הפקודות-יחידת ביצוע ההוראות של המעבד. במפעל, ייצור פריט מפורק למספר שלבי ייצור; באופן דומה, הוראה מומרת לסדרה של מיקרו-פעולות מתאימות בתוך ה-CPU. השלמת המיקרו-פעולות האלה ברצף מהווה את ביצוע ההוראה כולה.
ביצוע הוראה
במעבדים{0}}נמוכים, ביצוע ההוראות הוא סדרתי; במילים פשוטות, הוראה אחת הושלמה לפני שהשנייה מתחילה. זה כמו המפעל הנ"ל בימיו הראשונים, המורכב מבית מלאכה קטן בלבד ובעל יחיד העובד לבדו: עם קבלת הזמנה, הוא יהיה עסוק במלואו במילוי ההזמנה הראשונה ולא יוכל לקבל הזמנה שנייה. המחזור של קבלת והשלמת הזמנות-או שליפה וביצוע הוראות-הוא אפוא תהליך סדרתי. מאוחר יותר גילה הבוס כי קבלת פקודות אינה דורשת זמן רב. בעזרת סייעת יכלו השניים לעבוד באופן עצמאי; זה איפשר לבוס לקבל הזמנה חדשה ובו זמנית לסיים את המוצרים של הקודמת. מבחינת ארכיטקטורת ה-CPU, זה מתאים להפרדה של יחידת הפקודה-לשליפה מיחידת הביצוע-הפקות. כתוצאה מכך, ה-CPU יכול להביא את ההוראה הבאה במקביל תוך ביצוע ההוראה הנוכחית. זה ייצג קפיצת מדרגה איכותית בטכנולוגיית המעבד, העברת פעולות מעיבוד טורי לקבילי והקמת אב-טיפוס של צינור ההוראות.
לאחר שה-CPU השלים את השלב האמור לעיל, האתגר שנותר טמון בשיפור יכולות העיבוד המקביל. בהשראת פסי הייצור של המפעל, מתכנני ה-CPU פירקו את הביצוע של הוראה בודדת למספר שלבים-או "מיקרו-הוראות"- שונים ובכך הפחיתו משמעותית את מורכבות ההוראות, פישטו את התכנון ההגיוני והגברת המהירות. במעבדים המשתמשים בטכנולוגיית צינורות, ברגע שהוראה אחת מסיימת את ה"שלב" הראשון שלה, ההוראה הבאה מיד נכנסת לצינור כדי להתחיל בביצוע. ברור שגישת צנרת זו דורשת יחידות ביצוע מרובות-תכונה המיושמת ב-x86 שבבים.
