Aula Ministrada para o curso de Técnico em Informática - Escola SENAI Vilhena.

1. Técnica de Pipeline
Escola SENAI Vilhena - RO Professor: Cleber Ramos

2. PIPELINE?
• O que é?
• Para que serve?
• O que faz?

3. 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.
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4. 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...
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5. • 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.
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7. 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.
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8. • 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.
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9. • 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
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10. • 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.
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11. 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.
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12. • 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.
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13. • 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.
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14. 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.
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15. • 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.
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16. 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.
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17. 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.
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18. 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
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19. 5 Estágios Principais
1. Busca de instrução
2. Busca de operandos
3. Operação na ULA
4. Acesso à memória
5. Gravação em registrador
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20. X-BOX 360
"O processador gráfico concebido pela ATI é
impulsionado a 500 MHz. Baseado em uma
arquitetura de shader unificada, gera 48
pipelines“.
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21. 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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