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 5 minuta
Mikrotik - za početnikaObjavljeno prije 37 minuta
AI - praktična upotrebaObjavljeno prije 38 minuta
Amazon Fire TV Stick - Media playerObjavljeno prije 1 sat
Intel "Alder/Raptor Lake" LGA-1700 Info ThreadObjavljeno prije 1 sat
Lenovo ThinkPad kutakNovosti
TV s pozadinskim osvjetljenjem vs izravnim osvjetljenjem vs full-array pozadinskim osvjetljenjem
LCD televizori mogu se podijeliti u tri glavne kategorije prema vrsti pozadinskog osvjetljenja: izravno osvjetljenje, rubno osvjetljenje i puni niz. Izravno osvjetljenje: Kao što ime sugerira, televizori s izravnim osvjetljenjem imaju LED p... Pročitaj više
NPU u odnosu na CPU/GPU: Tko je najbolji izbor za AI računalstvo? Jesu li procesori neuronskih mreža doista vrijedni cijene?
Ako do sada niste čuli za procesorske jedinice neuronskih mreža (NPU), vjerojatno ste propustili ogroman AI marketing Intela, AMD-a i Qualcomma tijekom protekle godine. Tijekom proteklih 12 mjeseci, ovi (ko)procesori usmjereni na umjetnu in... Pročitaj više
Dolazi li era eSIM-a? Kako ga mogu koristiti?
Brzim razvojem znanosti i tehnologije, tradicionalne SIM kartice uvele su eru koju postupno zamjenjuje eSIM (ugrađena SIM kartica). Virtualna SIM kartica ugrađena je u uređaj, što ne samo da poboljšava praktičnost, već i olakšava korisnicim... Pročitaj više
Postavite ove 4 funkcije dok ste na putovanju i produžite trajanje baterije mobilnog telefona
Na putovanjima je glavna briga da nam mobitel ne ostane bez struje. Pogotovo u današnjoj sveobuhvatnoj popularizaciji elektroničkog plaćanja, baterija mobitela može donijeti puno neugodnosti na putovanju. Iako se kapacitet baterije mobilnih... Pročitaj više
Ljudi kupuju AI računala, ali zapravo ne gledaju na AI mogućnosti
Proizvođači AI računala i procesora zasigurno će biti sretni što ljudi kupuju ove proizvode jer imaju NPU-ove dizajnirane za ubrzavanje AI zadataka. Ali manje popularna točka je da, prema novom izvješću, mnogi ljudi kupuju ove proizvode jed... Pročitaj više
Sve novosti