pipeline técnica de processadores

Professor: Cleber RamosEscola SENAI Vilhena - RO

Técnica de Pipeline

PIPELINE?

• O que é?• Para que serve?• O que faz?


Pipeline pode referir-se a:

• Transporte tubular — instalação física fixa para transporte de líquidos.

• Oleoduto — transporte tubular de petróleo.• Gasoduto — transporte tubular de gases.• Pipeline (hardware) — técnica usada em processadores

(CPU's).• Encadeamento — conceito de computação relacionado com

fluxo de dados.• Gestão da cadeia logística — também

chamado pipeline logístico.


ENTÃO O QUE VEM A SER O TAL DO PIPELINE?

• Esta dúvida existe na cabeça de muitos

'informáticos', pois, sempre que ligamos o PC aparece na janelinha do setup da máquina o nome Pipeline, mas muitos não sabem sequer do que se trata...


• Na verdade é muito simples. De um modo grosseiro, é a capacidade que o processador tem de fazer o processamento através de fases, tornando-se, assim, muito mais otimizado e rápido.


História • Até o 386, os processadores da família x86 eram capazes de processar

apenas uma instrução de cada vez.

• Uma instrução simples podia ser executada em apenas um ciclo de clock;

• Enquanto instruções mais complexas demoravam vários ciclos de clock para serem concluídas.

• Seria mais ou menos como montar um carro de maneira artesanal, peça por peça.


• Vamos supor que temos um grupo de técnicos montando, um único carro, e temos um segundo grupo de técnicos montando carros em uma linha de produção.

• Podemos até ter os dois grupos terminando a produção do primeiro carro ao mesmo tempo.

• Já para o segundo carro, enquanto o primeiro grupo de técnicos, iria começar, na linha de produção, já estaria em fase final, e assim sucessivamente.

• É nisso que consiste o pipeline, colocar as instruções em uma linha de produção de modo que torne o processamento mais rápido.


• Para se medir a velocidade da linha de produção, usamos carros feitos por hora, e no pipeline é a mesma coisa, só que a medida é um pouco diferente. Para medirmos usamos a seguinte fórmula:

Tempo por instrução sem pipeline_____________________________

Número de estágios do pipeline


• Para melhorar o desempenho do 486, a Intel resolveu usar o pipeline, uma técnica inicialmente usada em processadores RISC, que consiste em dividir o processador em vários estágios distintos.

• O 486, possui um pipeline de 5 níveis, ou seja, é dividido em 5 estágios.


Agora vamos entender como funciona

• Quando o processador carrega uma nova instrução, ela primeiramente passa pelo primeiro estágio, que trabalha nela durante apenas um ciclo de clock, passando-a adiante para o segundo estágio.

• A instrução continua então sendo processada sucessivamente pelo segundo, terceiro, quarto e quinto estágios do processador.

• A vantagem desta técnica, é que o primeiro estágio não precisa ficar esperando a instrução passar por todos os demais para carregar a próxima, e sim carregar uma nova instrução assim que se livra da primeira, ou seja, depois do primeiro pulso de clock.


• As instruções trafegam dentro do processador na ordem em que são processadas.

• Mesmo que a instrução já tenha sido processada ao passar pelo primeiro ou segundo estágio, terá que continuar seu caminho e passar por todos os demais.

• Se por acaso a instrução não tenha sido completada mesmo após passar pelos 5, voltará para o primeiro e será novamente processada, até que tenha sido concluída.


• Desta maneira, conseguimos que o processador seja capaz de processar simultaneamente, em um único ciclo de clock, várias instruções que normalmente demorariam vários ciclos para serem processadas.

• Voltando ao exemplo do carro, seria como se trocássemos a produção artesanal por uma linha de produção, onde cada departamento cuida de uma parte da montagem, permitindo montar vários carros simultaneamente.

• O uso dos 5 estágios de pipeline no 486 não chegava a multiplicar por cinco a performance do processador, na verdade a performance não chegava nem mesmo a dobrar, mas o ganho é bem significativo.


Pentium• Lançado em 1993, o Pentium (conhecido em alguns meios

também como i586) foi o quinto representante da Intel dos processadores de arquitetura x86. Sucessor do 486 e o primeiro a não adotar apenas números em seu nome.

• Além disto, ele possuía em sua arquitetura dois canais de execução de dados (conhecidos como “pipelines”) de forma que ele podia executar mais do que uma instrução por ciclo de clock.


• Os processadores atuais utilizam um número muito maior de estágios de pipeline.

• O Pentium II possui 10, o Athlon Thunderbird possui 12 e o Pentium 4 possui 20.

• No Pentium 4 por exemplo, cada estágio processa uma pequena parte da instrução, que só são concluídas pelo último estágio, a cada ciclo, cada um dos estágios passa a instrução para a frente e recebe uma nova. Cada instrução demora 20 ciclos para ser processada, mas em compensação são processadas 20 instruções ao mesmo tempo, em fila.

• Mais estágios permitem que o processador seja capaz de atingir frequências mais altas, já que cada estágio fará menos trabalho por ciclo, suportando mais ciclos por segundo, mas, por outro lado, o uso de muitos estágios pode prejudicar o desempenho do processador nas operações de tomada de decisão, já que cada instrução demorará mais ciclos para ser concluída.


Quanto mais estágios, menor a complexibilidade, o tempo em que uma instrução é processada diminui fazendo com que os estágios fiquem mais curtos, no caso do novo Core i7, são 47 novos estágios de instrução.


Então o que é Pipeline?

• Pipeline é uma técnica de hardware que permite que a CPU realize a busca de uma ou mais instruções além da próxima a ser executada.

• Estas instruções são colocadas em uma fila de memória dentro do processador (CPU) onde aguardam o momento de serem executadas;

• Mas só poderá começar quando a outra instrução acabar só assim da sequência ao procedimento.


Conceito

• A técnica de pipeline é semelhante a uma linha de produção de fábrica. Cada instrução de um microprocessador passa por diversas fases até sua execução. Estas fases podem ser:

• Decodificação• Acesso memória ou registradores• Processamento aritmético


5 Estágios Principais

1. Busca de instrução 2. Busca de operandos 3. Operação na ULA 4. Acesso à memória 5. Gravação em registrador


X-BOX 360

"O processador gráfico concebido pela ATI é impulsionado a 500 MHz. Baseado em uma arquitetura de shader unificada, gera 48 pipelines“.


Placa de Vídeo Palit

• Pipeline: instruções enfileiradas, as quais compõem o processo básico de renderização. A placa gráfica sempre consulta uma pipeline (armazenada na memória) para verificar qual tarefa realizar a seguir, para aos poucos construir uma cena completa.

Fonte: Tecmundo

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