Silicijska sapunica – radni takt vs. pipeline
Datum objave 03.11.2004 - Denis Arunović
Pipeline = proizvodna traka
Uvod
Za početak malo objašnjenje mojih akcija odnosno teme ovog članka. Cijela je priča počela jučerašnjim e-mailom u kojem me moj dragi urednik zamolio da odgovorim na e-mail jednog čitatelja i objasnim mu ovisnost između takta i dužine pipelinea procesora. Budući da sam jučer trebao napisati recenziju Logitechovih Z-3 zvučnika, odgovaranje na čitateljev e-mail je moralo pričekati. No sudbina (ali i moj kronični manjak koncentracije) me odvela u sasvim drugom smjeru. Taman kad sam se spremao navaliti na tekst o zvučnicima palo mi je na pamet pogledati što ima novog na našem forumu, kad tamo – moj znatiželjni čitatelj pokušava saznati što ga zanima alternativnim metodama. Budući da sam sa tugom u očima osvjedočio pokušaje kolega forumaša da temu ovog članka objasne pomoću jedne složene rečenice sa uporabom termina kao što je "šlauf", nije mi preostalo ništa drugo nego napisati ovaj ishitreni članak.
Bez daljnjeg filozofiranja "zagrizimo" u temu.
Pipeline = proizvodna traka
Svaki moderni procesor (onaj koji radi na principu pipelinea) obrađuje informacije na principu tvorničke proizvodne trake. Ako razdijelimo ovu "proizvodnu traku" na osnovne dijelove, operacije koje procesor izvodi pri obradi informacija možemo podijeliti na četiri stupnja, a te stupnjeve nazvati "Fetch", "Decode", "Execute" i "Write".
"Fetch" – dohvaća instrukciju iz cache memorije ili RAM-a
"Decode" – dekodira instrukciju (prevodi instrukciju u oblik razumljiv "Executeu")
"Execute" – izvršava dekodiranu instrukciju
"Write" – vraća rezultat operacije natrag u cache memoriju
Dakle imamo četiri osnovna koraka pri obradi informacija. Neki od ovih koraka se dijele na još manje korake, a zbroj svih koraka predstavlja dužinu pipelinea.
Vratimo se sad na princip proizvodne trake:
Recimo da se u cacheu procesora nalaze četiri instrukcije koje treba obraditi. Procesor ih, analogno proizvodnoj traci, u idealnim uvjetima obrađuje na slijedeći način:
1. "Fetch" dohvaća instrukciju no. 1 iz cachea. "Decode", "Execute" i "Write" ne rade ništa budući da još nisu dobile podatke od "Fetcha".
2. "Fetch" šalje instrukciju no. 1 na "Decode" i dohvaća instrukciju no. 2. "Decode" dekodira instrukciju no. 1. "Execute" i "Write" se dosađuju.
3. "Decode" šalje dekodiranu instrukciju no. 1 na "Execute" i počinje obrađivati instrukciju no. 2 koju je dobio od "Fetcha". "Fetch", shodno tome, dohvaća instrukciju no. 3. "Execute" obrađuje instrukciju no. 1. "Write" i dalje stoji.
4. "Write" napokon ima materijala za rad – dobija rezultat instrukcije no. 1 i zapisuje ga natrag u cache memoriju. "Execute" obrađuje instrukciju no. 2. "Decode" obrađuje instrukciju no. 3 dok "Fetch" dohvaća zadnju instrukciju, instrukciju no. 4. Cijeli se ciklus odvija dok se ne obrade sve instrukcije, odnosno dok se rezultat operacije koju je inicijirala instrukcija no. 4 ne zapiše u cache memoriju.
Kao što vidimo, u određenoj jedinici vremena svaki od ovih osnovnih dijelova pipelinea odrađuju svoj dio posla pa cijeli pipeline u određenoj jedinici vremena može obraditi jednu instrukciju. Da navedeni dijelovi pipelinea nisu povezani, za obradu svake instrukcije bi trebalo potrošiti četiri puta više vremena budući da tijekom aktivnog stanja jedne jedinice (misli se na "Fetch, "Decode"…) ostale jedinice ne bi imale što raditi.
Lako je zamijetiti da efikasnost ovog cijelog jednostavnog pipelinea ovisi o tome da li će svaki njegov dio odraditi svoj dio posla u jednakom vremenu. Ako bilo koji dio kasni, kasni i cijeli pipeline. Ako logički sagledamo naš jednostavni pipeline, jasno je da su dekodiranje i obrada dekodiranih instrukcija (dakle "Decode" i "Execute") imaju mnogo kompleksniju zadaću od "Fetcha" i "Write" pa zato "usporavaju" cijeli proces. Nakon što smo ovo konstaturali u cijelu shemu valja uvesti takt.
Forum
Objavljeno prije 9 minuta
Mini PCObjavljeno prije 12 minuta
Goldeneye Remastered HDObjavljeno prije 2 sata
Filmovi - dojmovi, komentari i preporukeObjavljeno prije 2 sata
Stari casopisi i clanci / NostalgijaObjavljeno prije 3 sata
Hobby alati - akcije, recenzije, iskustva...Novosti
Obavijest: 62% popusta na Microsoftove licence ističe uskoro! Doživotna Office licenca samo 15,29€! Čeka vas još popusta na Windowse!
14. listopad 2025., krajnji rok podrške za Windows 10 sada i nije više tako daleko, pa je vrijeme da ozbiljno razmislite o svojim sljedećim koracima. Iako ćete možda moći nastaviti koristiti Windows 10 nakon tog datuma, postoji jedna velika... Pročitaj više
Microsoft Majorana 1
Microsoft je najavio procesor Majorana 1 (QPU) za kvantna računala. U središtu ove inovacije leži otkriće i kontrola neuhvatljive čestice Majorana, koja omogućuje stvaranje topoloških kubita, a karakterizira ga činjenica da je manja vjeroja... Pročitaj više
DJI je predstavio stabilizator za pametne telefone i kamere koji dolazi sa značajkom praćenja objekta
Kineski brend predstavio je svoj novi DJI RS 4 Mini gimbal namijenjen svima koji bi željeli stabilizirati svoj pametni telefon ili kameru. Stabilizator može podržati kamere težine do 2 kg. Novi RS 4 Mini gimbal nudi relativno kompaktan form... Pročitaj više
Huawei Mate XT prvi trostruki pametni telefon stiže po "skromnoj" cijeni
Huawei Mate XT, prvi i jedini pametni telefon koji se sklapa na dvije različite točke na zaslonu, spreman je za lansiranje izvan Kine. Međutim, njegova cijena neće biti pristupačna svima, naime, košta 3499 eura. Analitičari IDC-a sugerira... Pročitaj više
Intel pod pritiskom: TSMC i Broadcom razmišljaju o kupnji različitih odjela
Prema izvješću Wall Street Journala, dva tehnološka diva, Taiwan Semiconductor Manufacturing Co (TSMC) i Broadcom, navodno procjenjuju mogućnost podjele Intela, kultnog američkog proizvođača čipova. Izvori upoznati s tim pitanjem rekli su d... Pročitaj više
Sve novosti