کمپیوٹر پائپ لائننگ
کمپیوٹر پائپ لائننگ سب سے پہلے انٹیل نے 486 چپ میں متعارف کرائی تھی۔ پائپ لائن کے کام کرنے کا طریقہ صنعتی اسمبلی لائن کے مشابہ ہے۔ سی پی یو کے اندر، مختلف افعال کے ساتھ سرکٹ یونٹس کا ایک سلسلہ انسٹرکشن پروسیسنگ پائپ لائن بناتا ہے۔ ایک x86 ہدایات کو پانچ یا چھ مراحل میں تقسیم کیا جاتا ہے، جو پھر ان یونٹس کے ذریعے ترتیب وار عمل میں آتے ہیں۔ یہ ایک سی پی یو کلاک سائیکل کے اندر ایک ہدایات کی تکمیل کے قابل بناتا ہے، اس طرح سی پی یو کی پروسیسنگ کی رفتار میں اضافہ ہوتا ہے۔ کلاسک پینٹیم پروسیسر میں، ہر انٹیجر پائپ لائن چار مراحل پر مشتمل ہوتی ہے-ہدایات پیشگی، ڈی کوڈ، عمل درآمد، اور لکھنے-بیک-جب کہ تیرتی-پوائنٹ پائپ لائن آٹھ مراحل پر مشتمل ہوتی ہے۔
پائپ لائننگ ایک کلیدی ٹیکنالوجی ہے جو بڑے پیمانے پر مائیکرو پروسیسرز (CPUs) میں استعمال ہوتی ہے۔ یہ اس طریقہ کی وضاحت کرتا ہے جس کے ذریعے سی پی یو کے اندر ہدایات پر عمل کیا جاتا ہے۔ پائپ لائننگ کو سمجھنے کے لیے، سب سے پہلے ہدایات اور ان پر عمل درآمد کے عمل کو سمجھنا چاہیے۔
کمپیوٹر کی ہدایات
کمپیوٹر انسٹرکشن بائنری ڈیٹا کا ایک مخصوص سیٹ ہے جو سی پی یو کو بتاتا ہے کہ کیا کرنا ہے۔ اگر سی پی یو کو مینوفیکچرنگ پلانٹ سے تشبیہ دی جاتی ہے، تو ایک ہدایت گاہک کے آرڈر کے مترادف ہے۔ یہ CPU "فیکٹری" کے اندر کارروائیوں کی ایک سیریز کو متحرک کرتا ہے، بالآخر ایک کمپیوٹیشنل نتیجہ- تیار شدہ پروڈکٹ کا حاصل کرتا ہے۔ یہ اصل میں کیسے کام کرتا ہے؟ سب سے پہلے، آرڈرز حاصل کرنے کے لیے ایک شعبہ ہونا چاہیے-CPU کی انسٹرکشن فیچ یونٹ؛ دوسرا، سی پی یو کے انسٹرکشن ایگزیکیوشن یونٹ کے آرڈرز کو پورا کرنے کے لیے ایک ورکشاپ ہونی چاہیے۔ ایک فیکٹری میں، ایک شے کی پیداوار کو متعدد مینوفیکچرنگ مراحل میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ اسی طرح، ایک انسٹرکشن کو سی پی یو کے اندر متعلقہ مائیکرو-آپریشنز کی ایک سیریز میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ ان مائیکرو آپریشنز کو ترتیب سے مکمل کرنا پوری ہدایات پر عمل درآمد ہوتا ہے۔
ہدایات پر عمل درآمد
کم-سی پی یوز میں، ہدایات پر عمل درآمد سیریل ہے؛ سیدھے الفاظ میں، ایک ہدایت دوسری کے شروع ہونے سے پہلے مکمل ہو جاتی ہے۔ یہ اپنے ابتدائی دنوں میں مذکورہ فیکٹری کی طرح ہے، جس میں صرف ایک چھوٹی ورکشاپ اور اکیلے کام کرنے والا واحد مالک ہوتا ہے: آرڈر ملنے پر، وہ اس پہلے آرڈر کو پورا کرنے میں پوری طرح مشغول ہو جاتا ہے اور دوسرے کو قبول کرنے سے قاصر ہوتا ہے۔ آرڈرز وصول کرنے اور مکمل کرنے کا چکر-یا ہدایات کو حاصل کرنے اور اس پر عمل کرنے-اس طرح ایک سلسلہ وار عمل ہے۔ بعد میں، باس نے دریافت کیا کہ آرڈر لینے میں زیادہ وقت نہیں لگتا تھا۔ ایک معاون کی مدد سے، دونوں آزادانہ طور پر کام کر سکتے تھے۔ اس نے باس کو ایک نیا آرڈر قبول کرنے کی اجازت دی جب کہ بیک وقت پچھلی مصنوعات کو ختم کر دیا۔ سی پی یو آرکیٹیکچر کے لحاظ سے، یہ انسٹرکشن-انسٹرکشن سے فیچنگ یونٹ-ایگزیکیوشن یونٹ کو الگ کرنے کے مساوی ہے۔ نتیجتاً، CPU موجودہ ہدایات پر عمل کرتے ہوئے متوازی طور پر اگلی ہدایات حاصل کر سکتا ہے۔ اس نے سی پی یو ٹکنالوجی میں ایک معیاری چھلانگ کی نمائندگی کی، آپریشن کو سیریل سے متوازی پروسیسنگ میں منتقل کیا اور انسٹرکشن پائپ لائن کا پروٹو ٹائپ قائم کیا۔
ایک بار جب CPU مذکورہ مرحلہ مکمل کر لیتا ہے، باقی چیلنج متوازی پروسیسنگ کی صلاحیتوں کو بڑھانے میں مضمر ہے۔ فیکٹری اسمبلی لائنوں سے متاثر ہوکر، CPU ڈیزائنرز نے ایک ہی ہدایات کے نفاذ کو متعدد الگ الگ مراحل میں تقسیم کیا-یا "مائیکرو-ہدایات"-اس طرح ہدایات کی پیچیدگی کو نمایاں طور پر کم کیا، منطقی ڈیزائن کو آسان بنایا، اور رفتار کو بڑھایا۔ پائپ لائننگ ٹکنالوجی کا استعمال کرنے والے CPUs میں، جیسے ہی ایک ہدایت اپنا پہلا "مرحلہ" ختم کرتی ہے، اگلی ہدایات فوری طور پر عملدرآمد شروع کرنے کے لیے پائپ لائن میں داخل ہو جاتی ہیں۔ واضح طور پر، اس پائپ لائننگ اپروچ کے لیے متعدد ایگزیکیوشن یونٹس کی ضرورت ہوتی ہے-ایک خصوصیت جو x86 چپس میں لاگو ہوتی ہے۔
