Bilgisayar mimarisinde boru hattı (pipeline) nedir?

Question

Boru Hattı Nedir

Boru hattı yöntemi bilgisayar mimarisi ve diğer sayısal ürünlerin tasarımında başarımı artırmak için uygulanan bir yöntemdir. Komutları, boru hattı yöntemi ile işleyip daha kısa süre içinde bitmesini sağlar. Asıl amacı saat sıklığını artırarak başarımı artırmaktır. Farklı kaynakları aynı anda, farklı işler tarafından kullanarak çalışır.

Tek vuruşlu işlemcilerde, bir komut bitince diğer komut çalışmaya başlar. Her saat vuruşunda bir komut girer, bir komut çıkar. Yani buyruk başına düşen çevrim sayısı 1’dir. Boru hattı yöntemi ise çoklu buyrukların örtüşmeli yürütümüdür. Birbirini bağlayan komutlar haricinde bir buyruğun işlemi gerçekleştirilirken diğer komut işleme girebilir. Günümüzde daha hızlı işlemci tasarımında kullanılan önemli bir yöntemdir. Boru hattı işlemcinin komut döngü süresini azaltır bundan dolayı da birim döngü zamanına düşen komut sayısı artar. Boru hattında bütün aşamalardan geçmek gerekir. Tek bir komutun işini değil toplu komutların işlerini hızlandırır. Kısacası toplamda üretilen işi artırır. Olası hızlanma boru hattındaki aşama sayısına bağlı olarak değişir.

Boru Hattı Hızını Etkileyen Etkenler

• Boru hattındaki aşama sayısı ne kadar fazlaysa boru hattı hızlanması o kadar yavaştır.
• Boru hattındaki aşamaların uzunluğunun sabit veya değişken olması; sabit olursa daha hızlı, değişken olursa hızlanma süresi azalır.
• Buyruk biçimleri ne kadar farklıysa hızlanma o kadar az olur.
• Boru hattının dolma ve boşalma zamanları hızlanmayı etkiler. Dolma-boşalma süreleri ne kadar kısa olursa hızlanması o kadar artar.
• Komutların bağımlılıklarına göre hızlanma yavaşlar. Komutlar arasındaki bağımlılık gecikme hızını artırır. Bundan dolayı; komut bağımlılıklarının az olması, gecikmeyi azaltır ve hızlanmayı artırır.

Answer 1

Boru hattı nedir?

Boru hattı, genellikle çelik ya da çelikle pekiştirilmiş beton (betonarme) boruların uç uca eklenmesiyle oluşan ve sıvı veya gazların bir yerden bir yere taşınmasında kullanılan uzun aktarma sistemidir. Boruhatları, yüzlerce hatta binlerce kilometre uzunluğunda olabilir ve taşınacak ürünün niteliği ile bu ürünün boru içinde ilerleyebilmesi için gereken basınç gibi etkenlere göre tasarlanır ve malzeme seçimi yapılır. Örneğin düşük basınçlı sulama ya da pissu boru hatları betonarme veya plastikten yapılabilirken, petrol ve doğal gaz gibi yüksek basınçla taşınan ürünler için çelik borular kullanılır.

Ham petrol ve doğal gaz gibi ürünlerin uzun mesafeler kat ederek rafinerilere, depolama tesislerine veya tüketim noktalarına ulaştırılması için boruhatları ekonomik ve etkin bir taşıma yolu sağlar. Boru hattının içinde ürünün düzenli akışını sağlamak amacıyla pompalama veya kompresör istasyonları kurulur, böylece basınç düzenlenir.

Boru hattı yöntemi (bilgisayar mimarisinde)

Boru hattı yöntemi, bilgisayar mimarisi ve sayısal ürünlerin tasarımında başarımı artırmak amacıyla uygulanan bir yöntemdir. Bu yöntemde komutlar çoklu olarak örtüşmeli yürütülür; yani bir komut işlemi devam ederken başka komutlar da işleme alınabilir. Böylece komutların işlenme süresi kısalır, saat sıklığı artırılır ve işlemcinin birim zamanda gerçekleştirdiği iş miktarı artar. Boru hattında her komutun tüm aşamalardan geçmesi gerekir, ancak tek komut yerine toplu komutların işleri hızlandırılır.

Boru hattı hızını etkileyen etkenler şunlardır:

• Boru hattındaki aşama sayısı arttıkça boru hattı hızlanması yavaşlar.
• Aşamaların uzunluğunun sabit olması hızlanmayı artırır; değişken uzunluklar hızlanmayı azaltır.
• Buyruk (komut) biçimlerinin farklılığı arttıkça hızlanma azalır.
• Boru hattının dolma ve boşalma süreleri hızlanmayı etkiler; bu süreler kısaldıkça hızlanma artar.
• Komutlar arasındaki bağımlılıklar gecikmeyi artırarak hızlanmayı yavaşlatır. Bağımlılıkların az olması gecikmeyi azaltır ve hızlanmayı artırır.