Datoru cauruļvadu sistēma
Datoru konveijeru sistēmu pirmo reizi ieviesa Intel 486 mikroshēmā. Cauruļvada darbības veids ir līdzīgs rūpnieciskās montāžas līnijai. CPU ietvaros virkne ķēdes bloku ar atšķirīgām funkcijām veido instrukciju apstrādes konveijeru; x86 instrukcija tiek sadalīta piecos vai sešos posmos, kurus pēc tam secīgi izpilda šīs vienības. Tas ļauj izpildīt instrukciju viena CPU pulksteņa cikla laikā, tādējādi palielinot CPU apstrādes ātrumu. Klasiskajā Pentium procesorā katrs vesels skaitlis sastāv no četriem posmiem-instrukciju priekšiegūšana, atkodēšana, izpilde un rakstīšana-atpakaļ-, savukārt peldošā-punkta konveijeram ir astoņi posmi.
Cauruļvadi ir galvenā tehnoloģija, ko plaši izmanto mikroprocesoros (CPU). Tas apraksta metodi, ar kuru instrukcijas tiek izpildītas CPU; lai saprastu konveijeru veidošanu, vispirms ir jāsaprot instrukcijas un to izpildes process.
Datora instrukcijas
Datora instrukcija ir īpašs bināro datu kopums, kas norāda centrālajam procesoram, kas jādara. Ja centrālo procesoru pielīdzina ražotnei, instrukcija ir līdzīga klienta pasūtījumam; tas aktivizē virkni darbību CPU "rūpnīcā", galu galā dodot skaitļošanas rezultātu-gatavā produkta. Kā tas patiesībā darbojas? Pirmkārt, ir jābūt nodaļai, kas saņem pasūtījumus{3}}CPU instrukciju ielādes vienība; otrkārt, ir jābūt darbnīcai, lai izpildītu pasūtījumus{4}}CPU instrukciju izpildes vienība. Rūpnīcā preces ražošana tiek sadalīta vairākos ražošanas posmos; līdzīgi instrukcija tiek pārveidota par virkni atbilstošu mikro{6}}operāciju centrālajā procesorā. Šo mikro-operāciju izpilde pēc kārtas nozīmē visas instrukcijas izpildi.
Instrukcijas izpilde
Zemas klases{0}}CPU instrukciju izpilde ir sērijveida; vienkārši sakot, viena instrukcija tiek pabeigta, pirms sākas nākamā. Šī ir kā jau minētā rūpnīca savās sākumdienās, kas sastāv tikai no neliela darbnīcas un viena īpašnieka, kas strādā vienatnē: saņemot pasūtījumu, viņš būtu pilnībā aizņemts ar pirmā pasūtījuma izpildi un nevarētu pieņemt otru. Tādējādi pasūtījumu saņemšanas un izpildes cikls-vai instrukciju iegūšana un izpilde-ir sērijveida process. Vēlāk priekšnieks atklāja, ka pasūtījumu pieņemšana neprasa daudz laika. Ar asistenta palīdzību abi varēja strādāt patstāvīgi; tas ļāva priekšniekam pieņemt jaunu pasūtījumu, vienlaikus pabeidzot produktus iepriekšējam. Runājot par CPU arhitektūru, tas atbilst instrukciju-iegūšanas vienības atdalīšanai no instrukciju-izpildes vienības. Līdz ar to CPU var paralēli ienest nākamo instrukciju, izpildot pašreizējo. Tas atspoguļoja kvalitatīvu lēcienu CPU tehnoloģijā, pārejot no sērijas uz paralēlo apstrādi un izveidojot instrukciju konveijera prototipu.
Kad CPU ir pabeidzis iepriekš minēto darbību, atlikušais izaicinājums ir paralēlās apstrādes iespēju uzlabošana. Iedvesmojoties no rūpnīcas montāžas līnijām, CPU dizaineri sadalīja vienas instrukcijas izpildi vairākos atšķirīgos posmos-jeb "mikro{2}}instrukcijās"-, tādējādi ievērojami samazinot instrukciju sarežģītību, vienkāršojot loģisko dizainu un palielinot ātrumu. CPU, kas izmanto konveijera tehnoloģiju, tiklīdz viena instrukcija pabeidz savu pirmo "posmu", nākamā instrukcija nekavējoties tiek ievadīta konveijerā, lai sāktu izpildi. Skaidrs, ka šai konveijera pieejai ir nepieciešamas vairākas izpildes vienības-funkcija, kas ieviesta x86 mikroshēmās.
