Una tubería de CPU es una serie de etapas de procesamiento en la unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora. Las etapas suelen ser buscar, decodificar, ejecutar y reescribir. La tubería es un elemento de diseño fundamental de la mayoría de las CPU y su propósito es mejorar el rendimiento. Al dividir el procesamiento de instrucciones en etapas separadas, la CPU puede mantener el procesamiento de múltiples instrucciones al mismo tiempo. Esto se conoce como paralelismo o procesamiento paralelo, y puede ser un aumento significativo del rendimiento. Sin embargo, tiene el costo de una mayor complejidad y puede introducir demoras (conocidas como detenciones de la tubería) si las instrucciones deben ejecutarse fuera de orden.
En este post te explicamos ¿Qué es una tubería de procesador de computadora? . La unidad central de procesamiento (abreviatura de unidad central de procesamiento) es una parte importante de la computadora y funciona como el cerebro. Y ya lo sabemos. Pero lo que quizás no sepamos son las técnicas que hacen que la CPU sea eficiente. Una de estas técnicas es Canalización . Si tu quieres saber ¿Qué es la CPU canalizada y cómo la canalización mejora el rendimiento de la CPU? entonces lee esta publicación.
¿Qué es una tubería de CPU de computadora?
En informática, una instrucción es un comando dado por un programa al procesador central. Consiste en un código de lenguaje de máquina que la CPU entiende y ejecuta. Por ejemplo, |_+_| es una instrucción utilizada para decirle a la CPU que almacene información en la RAM. La canalización es una técnica utilizado en el desarrollo de procesadores modernos. Este aumenta el rendimiento general del comando (número de instrucciones ejecutadas por segundo) dividiendo las instrucciones en subtareas que la CPU puede procesar en paralelo.
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¿Qué es un procesador segmentado?
Una CPU canalizada funciona según el principio de canalización, dividiendo un conjunto de instrucciones en varias subtareas, donde cada subtarea realiza una operación. La tubería tiene 2 puntos finales: entrada y salida . Varias subtareas se acumulan entre estos extremos de tal manera que la salida de una subtarea está conectada a la entrada de la subtarea siguiente. Por lo tanto, la CPU canalizada ejecuta más de una subtarea al mismo tiempo.
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¿Cómo mejora la canalización el rendimiento del procesador?
Generalmente, la CPU puede romper una instrucción en los siguientes casos. 4 subtareas (en un nivel muy básico):
- Traer – obtener instrucciones de la memoria.
- descifrar - instrucciones de decodificación.
- Realizar - ejecución de instrucciones.
- Escribir – escribir el resultado en la memoria.
Ahora supongamos La CPU tiene un bloque dedicado para realizar cada una de estas subtareas. . Mientras un bloque ejecuta una subtarea, el resto de los bloques de la CPU estarán inactivos, sin hacer nada durante ese tiempo. La canalización aprovecha estas unidades inactivas al usarlas para procesar otras instrucciones en cola.
Entendamos esto con un ejemplo. Observa la siguiente figura:
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La figura anterior muestra cómo se ejecuta un conjunto de dos instrucciones en un entorno de CPU sin canalización y en un entorno de CPU con canalización. Como puede ver, una CPU no canalizada tarda 8 ciclos en ejecutar 2 instrucciones, mientras que una CPU canalizada ejecuta el mismo conjunto de instrucciones en solo 5 ciclos.
Mirando de cerca, la CPU canalizada está usando su bloque Fetch para ejecutar la primera subtarea de la segunda instrucción, mientras que su bloque Decode ya está ejecutando la segunda subtarea de la primera instrucción. Por lo tanto, utiliza el segundo bloque al mismo tiempo que el primer bloque, que de lo contrario estaría inactivo en un entorno sin canalización.
Aumentar la velocidad de ejecución de un conjunto dado de instrucciones, por lo tanto, aumenta la velocidad del procesador. Y así es como la canalización mejora la eficiencia del procesador. Importante tener en cuenta aquí es que la segmentación no reduce el tiempo que tarda el procesador en ejecutar una instrucción. Más bien, aumenta la cantidad de instrucciones que la CPU puede procesar al mismo tiempo. Por lo tanto, aumentar la cantidad de subtareas no significa que una CPU canalizada sea más rápida que una CPU no canalizada. De hecho, una CPU no canalizada puede tardar menos tiempo en ejecutar una sola instrucción que una CPU canalizada, según la cantidad de etapas de canalización involucradas (cantidad de subtareas).
Espero que la explicación anterior aclare cuál es la canalización de la CPU de una computadora. Si tiene alguna duda, por favor compártala en la sección de comentarios a continuación.
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¿La canalización mejora el rendimiento del procesador?
La arquitectura de tubería aumenta la cantidad de instrucciones procesadas por ciclo de procesador. Al aumentar el rendimiento de las instrucciones, aumenta el rendimiento general de la CPU. Sin embargo, si el conjunto de instrucciones consta de instrucciones complejas (como instrucciones de bifurcación), la CPU no sabrá de antemano dónde leer la siguiente instrucción y deberá esperar hasta que la instrucción actual se haya ejecutado por completo. En tales casos, es posible que la arquitectura canalizada no proporcione la eficiencia de la CPU.
¿La canalización aumenta el tiempo de ejecución?
La canalización aumenta el número de instrucciones ejecutadas simultáneamente en cada ciclo de reloj. Pero esto no necesariamente aumenta el tiempo que lleva ejecutar una sola instrucción. Por ejemplo, la canalización no es adecuada para ejecutar instrucciones de bifurcación, lo que desvía la ejecución secuencial a otra ruta. Esta desorganización puede romper la tubería o limpiarla por completo a menos que se introduzcan métodos adecuados para resolver problemas con las sucursales.
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