कंप्यूटर CPU पाइपलाइन क्या है?

एक सीपीयू पाइपलाइन कंप्यूटर की सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) में प्रोसेसिंग चरणों की एक श्रृंखला है। चरण आमतौर पर लाने, डीकोड करने, निष्पादित करने और लिखने के लिए होते हैं। पाइपलाइन अधिकांश सीपीयू का एक मूलभूत डिज़ाइन तत्व है, और इसका उद्देश्य प्रदर्शन में सुधार करना है। निर्देशों के प्रसंस्करण को अलग-अलग चरणों में तोड़कर, सीपीयू एक ही समय में कई निर्देशों को संसाधित कर सकता है। इसे समांतरता या समांतर प्रसंस्करण के रूप में जाना जाता है, और यह एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन को बढ़ावा दे सकता है। हालांकि, यह बढ़ी हुई जटिलता की कीमत पर आता है, और अगर निर्देशों को आदेश से बाहर करने की आवश्यकता होती है तो यह देरी (पाइपलाइन स्टालों के रूप में जाना जाता है) पेश कर सकता है।

इस पोस्ट में हम बताएंगे कंप्यूटर प्रोसेसर पाइपलाइन क्या है . सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट के लिए संक्षिप्त) कंप्यूटर का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, जो मस्तिष्क की तरह काम करता है। और हम इसे पहले से ही जानते हैं। लेकिन जो हम नहीं जानते वे तकनीकें हैं जो सीपीयू को कुशल बनाती हैं। इन्हीं तकनीकों में से एक है पाइपलाइनिंग . अगर तुम जानना चाहते हो पाइपलाइनयुक्त सीपीयू क्या है और कैसे पाइपलाइनिंग सीपीयू प्रदर्शन में सुधार करती है तो इस पोस्ट को पढ़ें।

कंप्यूटर CPU पाइपलाइन क्या है?

कंप्यूटर विज्ञान में, एक निर्देश एक प्रोग्राम द्वारा केंद्रीय प्रोसेसर को दिया गया आदेश है। इसमें मशीनी भाषा का कोड होता है जिसे CPU समझता और क्रियान्वित करता है। उदाहरण के लिए, |_+_| एक निर्देश है जो CPU को सूचना को RAM में संग्रहीत करने के लिए कहता है। पाइपलाइनिंग एक तकनीक है आधुनिक प्रोसेसर के विकास में उपयोग किया जाता है। यह समग्र कमांड थ्रूपुट बढ़ाता है (प्रति सेकंड निष्पादित निर्देशों की संख्या) निर्देशों को उप-कार्यों में विभाजित करके जिन्हें सीपीयू समानांतर में संसाधित कर सकता है।

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एक पाइपलाइन प्रोसेसर क्या है?

एक पाइपलाइन सीपीयू पाइपलाइनिंग के सिद्धांत पर काम करता है, निर्देशों के एक सेट को कई उप-कार्यों में तोड़ता है, जहां प्रत्येक उप-कार्य एक ऑपरेशन करता है। पाइपलाइन है 2 समापन बिंदु: प्रवेश और निकास . इन सिरों के बीच कई सबटास्क इस तरह जमा हो जाते हैं कि एक सबटास्क का आउटपुट अगले सबटास्क के इनपुट से जुड़ जाता है। इसलिए, पाइपलाइन सीपीयू एक ही समय में एक से अधिक सबटास्क निष्पादित करता है।

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पाइपलाइनिंग प्रोसेसर के प्रदर्शन में सुधार कैसे करता है?

आम तौर पर, सीपीयू निम्नलिखित मामलों में एक निर्देश तोड़ सकता है। 4 उपकार्य (बहुत ही बुनियादी स्तर पर):

• लाना - स्मृति से निर्देश प्राप्त करें।
• पढ़ना - डिकोडिंग निर्देश।
• पूरा - निर्देशों का निष्पादन।
• लिखना - परिणाम को स्मृति में वापस लिखना।

अब मान लीजिए इनमें से प्रत्येक उप-कार्य को करने के लिए CPU के पास एक समर्पित ब्लॉक है। . जबकि एक ब्लॉक एक सबटास्क निष्पादित कर रहा है, बाकी सीपीयू ब्लॉक उस समय के दौरान कुछ भी नहीं कर रहे हैं। अन्य कतारबद्ध निर्देशों को संसाधित करने के लिए इन निष्क्रिय इकाइयों का उपयोग करके पाइपलाइनिंग इन निष्क्रिय इकाइयों का लाभ उठाती है।

इसे एक उदाहरण से समझते हैं। निम्नलिखित आकृति को देखें:

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ऊपर दिया गया आंकड़ा दिखाता है कि कैसे दो निर्देशों का एक सेट एक गैर-पाइपलाइन वाले सीपीयू वातावरण में और एक पाइपलाइन वाले सीपीयू वातावरण में निष्पादित किया जाता है। जैसा कि आप देख सकते हैं, एक गैर-पाइपलाइन वाला सीपीयू 2 निर्देशों को निष्पादित करने के लिए 8 चक्र लेता है, जबकि एक पाइपलाइन वाला सीपीयू निर्देशों के समान सेट को केवल 5 चक्रों में निष्पादित करता है।

बारीकी से देखने पर, पाइपलाइन्ड सीपीयू दूसरे निर्देश के पहले उप-कार्य को निष्पादित करने के लिए अपने Fetch ब्लॉक का उपयोग कर रहा है, जबकि इसका डिकोड ब्लॉक पहले निर्देश के दूसरे उप-कार्य को पहले से ही निष्पादित कर रहा है। इसलिए, यह पहले ब्लॉक के समान ही दूसरे ब्लॉक का उपयोग करता है, जो अन्यथा गैर-पाइपलाइन वाले वातावरण में निष्क्रिय हो जाएगा।

दिए गए निर्देशों के सेट की निष्पादन गति को बढ़ाने से प्रोसेसर की गति बढ़ जाती है। और यहां बताया गया है कि कैसे पाइपलाइनिंग प्रोसेसर दक्षता में सुधार करती है। यहां ध्यान देना जरूरी है यह है कि पाइपलाइनिंग प्रोसेसर को निर्देश निष्पादित करने में लगने वाले समय को कम नहीं करता है। बल्कि, यह उन निर्देशों की संख्या को बढ़ाता है जिन्हें CPU एक ही समय में प्रोसेस कर सकता है। इसलिए उप-कार्यों की संख्या में वृद्धि का वास्तव में मतलब यह नहीं है कि एक पाइप लाइन वाला सीपीयू एक गैर-पाइपलाइन वाले सीपीयू से तेज होगा। वास्तव में, पाइपलाइन में शामिल चरणों की संख्या (उप-कार्यों की संख्या) के आधार पर, एक गैर-पाइपलाइन वाले सीपीयू को एक पाइपलाइन वाले सीपीयू की तुलना में एक ही निर्देश को निष्पादित करने में कम समय लग सकता है।

मुझे उम्मीद है कि ऊपर दिए गए स्पष्टीकरण से यह स्पष्ट हो जाता है कि कंप्यूटर की सीपीयू पाइपलाइन क्या है। यदि आपको कोई संदेह है, तो कृपया उन्हें नीचे टिप्पणी अनुभाग में साझा करें।

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क्या पाइपलाइनिंग प्रोसेसर के प्रदर्शन में सुधार करती है?

पाइपलाइन आर्किटेक्चर प्रति प्रोसेसर चक्र संसाधित निर्देशों की संख्या बढ़ाता है। निर्देशों के थ्रूपुट को बढ़ाकर, यह CPU के समग्र प्रदर्शन को बढ़ाता है। हालाँकि, यदि निर्देश सेट में जटिल निर्देश (जैसे शाखा निर्देश) होते हैं, तो CPU को पहले से पता नहीं चलेगा कि अगला निर्देश कहाँ पढ़ा जाए और उसे तब तक प्रतीक्षा करनी चाहिए जब तक कि वर्तमान निर्देश पूरी तरह से निष्पादित न हो जाए। ऐसे मामलों में, पाइपलाइनयुक्त आर्किटेक्चर सीपीयू दक्षता प्रदान नहीं कर सकता है।

क्या पाइपलाइनिंग निष्पादन समय में वृद्धि करता है?

पाइपलाइनिंग प्रत्येक घड़ी चक्र में एक साथ निष्पादित निर्देशों की संख्या को बढ़ाता है। लेकिन यह जरूरी नहीं कि एक ही निर्देश को निष्पादित करने में लगने वाले समय में वृद्धि हो। उदाहरण के लिए, पाइपलाइनिंग शाखा निर्देशों को निष्पादित करने के लिए उपयुक्त नहीं है, जो अनुक्रमिक निष्पादन को दूसरे पथ पर ले जाती है। यह अव्यवस्था पाइपलाइन को तोड़ सकती है या इसे पूरी तरह से साफ कर सकती है जब तक कि शाखाओं के साथ समस्याओं को हल करने के लिए उपयुक्त तरीके पेश नहीं किए जाते।

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