ГДЗ по информатике, 10 класс, Поляков, номер 32.10: Процессор

Конвейерная обработка — это метод организации выполнения инструкций в процессоре, при котором несколько команд проходят различные стадии своего выполнения одновременно. Обычно выделяют следующие стадии: выборка команды (Fetch), декодирование (Decode), выполнение (Execute) и запись результата (Write Back).

Представим конвейер как заводскую линию: пока одна деталь проходит сборку, другая уже упаковывается, а третья только поступает на вход. Аналогично, когда первая команда находится на стадии выполнения, вторая может быть на стадии декодирования, а третья — на стадии выборки.

Без конвейера процессор выполняет одну команду за несколько тактов (например, 4 такта). Это значит, что за один такт выполняется 1/4 части команды, или же полная команда завершается только через 4 такта.

При использовании конвейера глубины k стадий, после заполнения конвейера (стадии загрузки), процессор способен завершать одну команду каждый такт. То есть пропускная способность возрастает до 1 команды за такт.

Если конвейер имеет глубину k, то теоретически максимальное ускорение составляет k раз по сравнению с последовательным выполнением, если не учитывать простои из-за конфликтов данных или переходов.

Проверим логику: если бы конвейер не использовался, время выполнения N команд было бы T=N·t_cmd, где t_cmd — время одной команды. С конвейером время выполнения первой команды остаётся прежним, но каждая следующая завершается через 1 такт после предыдущей. Таким образом, общее время сокращается до T≈t_fill+N·t_cycle.

Следовательно, применение конвейера позволяет увеличить количество завершаемых команд за единицу времени (такт) до 1 команды за такт (в идеальном случае), вместо того чтобы ждать завершения всей цепочки стадий для каждой отдельной команды.