خط أنابيب وحدة المعالجة المركزية هو سلسلة من مراحل المعالجة في وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر (CPU). عادةً ما تكون المراحل هي الجلب ، وفك التشفير ، والتنفيذ ، وإعادة الكتابة. يعد خط الأنابيب عنصرًا أساسيًا في التصميم لمعظم وحدات المعالجة المركزية ، والغرض منه هو تحسين الأداء. من خلال تقسيم معالجة التعليمات إلى مراحل منفصلة ، يمكن لوحدة المعالجة المركزية الاحتفاظ بمعالجة تعليمات متعددة في نفس الوقت. يُعرف هذا بالتوازي أو المعالجة المتوازية ، ويمكن أن يكون تعزيزًا كبيرًا للأداء. ومع ذلك ، فإنه يأتي على حساب زيادة التعقيد ، ويمكن أن يتسبب في حدوث تأخيرات (تُعرف باسم أكشاك خطوط الأنابيب) إذا كانت هناك حاجة إلى تنفيذ التعليمات خارج الترتيب.
في هذا المنشور سوف نشرح ما هو خط أنابيب معالج الكمبيوتر . تعد وحدة المعالجة المركزية (اختصارًا لوحدة المعالجة المركزية) جزءًا مهمًا من الكمبيوتر ، وتعمل مثل الدماغ. ونحن نعلم ذلك بالفعل. ولكن ما قد لا نعرفه هو التقنيات التي تجعل وحدة المعالجة المركزية فعالة. واحدة من هذه التقنيات خطوط الأنابيب . إذا أردت أن تعرف ما هي وحدة المعالجة المركزية الموصلة بالأنابيب وكيف تعمل خطوط الأنابيب على تحسين أداء وحدة المعالجة المركزية ثم اقرأ هذا المنشور.
ما هو خط أنابيب وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر؟
في علوم الكمبيوتر ، التعليمات هي أمر يقدمه برنامج للمعالج المركزي. يتكون من رمز لغة الآلة الذي تفهمه وحدة المعالجة المركزية وتنفذها. على سبيل المثال ، | _ + _ | هي تعليمات تستخدم لإخبار وحدة المعالجة المركزية بتخزين المعلومات في ذاكرة الوصول العشوائي. خطوط الأنابيب هي تقنية تستخدم في تطوير المعالجات الحديثة. هذا يزيد من سرعة القيادة الإجمالية (عدد التعليمات التي يتم تنفيذها في الثانية) عن طريق تقسيم التعليمات إلى مهام فرعية يمكن لوحدة المعالجة المركزية معالجتها بالتوازي.
fltmgr.sys
ما هو معالج الأنابيب؟
تعمل وحدة المعالجة المركزية الموصلة بالأنابيب على مبدأ الأنابيب ، حيث تقوم بتقسيم مجموعة من التعليمات إلى عدد من المهام الفرعية ، حيث تؤدي كل مهمة فرعية عملية واحدة. خط الأنابيب له 2 نقاط النهاية: الدخول والخروج . يتم تجميع العديد من المهام الفرعية بين هذه النهايات بحيث يتم توصيل إخراج مهمة فرعية بإدخال المهمة الفرعية التالية. لذلك ، تقوم وحدة المعالجة المركزية المخططة بتنفيذ أكثر من مهمة فرعية واحدة في نفس الوقت.
أفضل تطبيق twitter لنظام التشغيل windows 10
اقرأ أيضا: شرح أنواع الطوبولوجيا في شبكة الكمبيوتر .
كيف تعمل خطوط الأنابيب على تحسين أداء المعالج؟
بشكل عام ، يمكن لوحدة المعالجة المركزية كسر التعليمات في الحالات التالية. 4 مهام فرعية (على مستوى أساسي للغاية):
- يحضر - جلب التعليمات من الذاكرة.
- فك - تعليمات فك التشفير.
- بكمل - تنفيذ التعليمات.
- يكتب - إعادة كتابة النتيجة إلى الذاكرة.
افترض الآن تحتوي وحدة المعالجة المركزية على كتلة مخصصة لأداء كل من هذه المهام الفرعية. . أثناء تنفيذ إحدى الكتل لمهمة فرعية ، ستكون بقية كتل وحدة المعالجة المركزية خاملة ، ولن تفعل شيئًا خلال ذلك الوقت. تستفيد خطوط الأنابيب من هذه الوحدات الخاملة من خلال استخدامها لمعالجة التعليمات الأخرى الموجودة في قائمة الانتظار.
دعونا نفهم هذا بمثال. انظر إلى الشكل التالي:
يوضح الشكل أعلاه كيفية تنفيذ مجموعة من أمرين في بيئة وحدة معالجة مركزية غير موصلة بأنابيب وفي بيئة وحدة معالجة مركزية موصلة بأنابيب. كما ترى ، تستغرق وحدة المعالجة المركزية غير الموصلة بالأنابيب 8 دورات لتنفيذ تعليمات 2 ، بينما تنفذ وحدة المعالجة المركزية الموصلة بالأنابيب نفس مجموعة التعليمات في 5 دورات فقط.
رمز الخطأ 0x80072f76 - 0x20016
عند النظر عن كثب ، تستخدم وحدة المعالجة المركزية الموصلة بالأنابيب كتلة Fetch الخاصة بها لتنفيذ المهمة الفرعية الأولى للتعليمة الثانية ، بينما تقوم كتلة Decode الخاصة بها بالفعل بتنفيذ المهمة الفرعية الثانية للتعليمة الأولى. لذلك ، فإنه يستخدم الكتلة الثانية في نفس الوقت الذي تستخدم فيه الكتلة الأولى ، والتي قد تكون خاملة في بيئة غير متصلة بالأنابيب.
تؤدي زيادة سرعة تنفيذ مجموعة معينة من التعليمات إلى زيادة سرعة المعالج. وإليك كيف تعمل خطوط الأنابيب على تحسين كفاءة المعالج. من المهم أن نلاحظ هنا هو أن خطوط الأنابيب لا تقلل الوقت الذي يستغرقه المعالج لتنفيذ التعليمات. بل إنه يزيد من عدد التعليمات التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية معالجتها في نفس الوقت. لذا فإن زيادة عدد المهام الفرعية لا يعني حقًا أن وحدة المعالجة المركزية المخططة ستكون أسرع من وحدة المعالجة المركزية غير المخططة. في الواقع ، قد تستغرق وحدة المعالجة المركزية غير المخططة وقتًا أقل لتنفيذ تعليمات واحدة من وحدة المعالجة المركزية الموصولة بالأنابيب ، اعتمادًا على عدد مراحل خط الأنابيب المعنية (عدد المهام الفرعية).
آمل أن يوضح التفسير أعلاه ما هو خط أنابيب وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر. إذا كانت لديك أي شكوك ، فيرجى مشاركتها في قسم التعليقات أدناه.
بوويرشيل النصي لإزالة تطبيقات ويندوز 10 لجميع المستخدمين
هل تعمل خطوط الأنابيب على تحسين أداء المعالج؟
تزيد بنية خطوط الأنابيب من عدد التعليمات التي تتم معالجتها لكل دورة معالج. من خلال زيادة سرعة نقل التعليمات ، فإنه يزيد من الأداء العام لوحدة المعالجة المركزية. ومع ذلك ، إذا كانت مجموعة التعليمات تتكون من تعليمات معقدة (مثل تعليمات الفرع) ، فلن تعرف وحدة المعالجة المركزية مسبقًا مكان قراءة التعليمات التالية ويجب أن تنتظر حتى يتم تنفيذ التعليمات الحالية بالكامل. في مثل هذه الحالات ، قد لا توفر البنية المخططة كفاءة وحدة المعالجة المركزية.
هل يزيد خط الأنابيب من وقت التنفيذ؟
يزيد خط الأنابيب من عدد التعليمات التي يتم تنفيذها في وقت واحد في كل دورة ساعة. ولكن هذا لا يؤدي بالضرورة إلى زيادة الوقت الذي يستغرقه تنفيذ أمر واحد. على سبيل المثال ، لا يعد خط الأنابيب مناسبًا لتنفيذ تعليمات الفرع ، والذي يحول التنفيذ المتسلسل إلى مسار آخر. يمكن أن يؤدي هذا الفوضى إلى كسر خط الأنابيب أو تنظيفه تمامًا ما لم يتم تقديم طرق مناسبة لحل مشاكل الفروع.
اقرأ أكثر: كيفية الحد من استخدام وحدة المعالجة المركزية لعملية في Windows .
