|
Les pipelines améliorent les performances du processeur en chevauchant l'exécution de plusieurs instructions. Au lieu d'attendre qu'une instruction soit entièrement terminée avant de commencer la suivante, un pipeline décompose l'exécution de l'instruction en étapes plus petites. Différentes instructions peuvent se trouver simultanément à différentes étapes d’exécution. Ceci est analogue à une chaîne de montage dans une usine ; chaque étape effectue une tâche spécifique sur l'instruction, et les instructions parcourent les étapes simultanément.
Voici un aperçu des raisons pour lesquelles cela entraîne des gains de performances :
* Augmentation du débit des instructions : Le principal avantage est la possibilité d’émettre une nouvelle instruction à chaque cycle d’horloge, même si chaque instruction prend plusieurs cycles d’horloge. Cela augmente considérablement le nombre d'instructions traitées par unité de temps.
* Utilisation améliorée des ressources CPU : Le pipeline maintient divers composants du processeur occupés. Pendant qu'une instruction effectue son opération arithmétique dans l'ALU, une autre instruction peut récupérer l'instruction suivante de la mémoire, et une autre encore peut écrire le résultat dans un registre. Cela maximise l’utilisation des ressources.
* Durée moyenne d'exécution des instructions réduite (mais pas la durée des instructions individuelles) : Alors que le temps d'exécution d'une *seule* instruction peut rester largement le même (ou même augmenter légèrement en raison de la surcharge des étapes du pipeline), le temps *moyen* d'exécution d'une *séquence* d'instructions est considérablement réduit en raison du chevauchement des exécutions.
Cependant, les pipelines ne sont pas sans limites :
* Risques liés aux pipelines : Ce sont des situations qui peuvent perturber le bon déroulement des instructions dans le pipeline. Les principaux types sont :
* Dangers liés aux données : Une instruction a besoin de données qui n'ont pas encore été produites par une instruction précédente.
* Contrôler les risques : Une instruction de branchement modifie le flux du programme, rendant certaines instructions du pipeline non pertinentes.
* Risques structurels : Le matériel ne dispose pas des ressources nécessaires pour exécuter plusieurs instructions simultanément dans le pipeline (par exemple, un seul accès mémoire à la fois).
Ces dangers nécessitent des techniques telles que le transfert, le blocage (insertion de bulles) et la prédiction de branchement pour atténuer leur impact négatif sur les performances. Malgré ces défis, les avantages du pipeline en termes d’augmentation du débit dépassent de loin les coûts de la plupart des processeurs modernes. Des techniques sophistiquées sont constamment développées pour optimiser davantage les performances des pipelines et gérer les dangers plus efficacement.
|
