파이프라인
프로세서에서 성능을 높이기 위해서 명령어 처리 과정으로, 명령어 처리를 여러 단계로 나누어 동시에 수행하여 병렬화 시키는 것을 말합니다.
1. 동작 방식
매 클록마다 여러 명령어를 중복된 단계 없이 실행시킵니다. 아래는 5단계 파이프라인의 모습입니다.
2. 가장 효율적인 조건
- 각 단계별 처리 시간이 일정 해야합니다.
- 각 명령어의 처리 단계는 균일 해야합니다.
3. 헤저드의 종류
하지만 실제로는 처리 시간이 일정하지 않고 처리 단계가 균등하지 않아서 문자가 발생합니다. 이를 해저드라고 합니다.
구조 해저드
프로세서의 자원이 부족해서 발생합니다. 아래와 같이 명령어 2에서 EXE가 1클락에 안 끝날 경우, 명령어 3에서 WB를 수행할 때 멈춤(stall)이 발생합니다. 또한 명령어 4에서는 OF 단계가 필요없는 명령어므로 EXE를 수행하려고 할 때 멈춤(stall)이 발생합니다.
데이터 헤저드
이전 명령어의 결과를 기반으로 다음 명령이 수행될 때 발생합니다.
컨트롤 헤저드
프로그램의 의존성에 의해서 발생합니다. 분기 분의 경우 해당 명령어 결과값이 나와야 다음 명형어가 수행되는데, 이때 해당 명령어가 끝날때까지 다음 명령어에 멈춤이 발생합니다.
4. 소프트웨어에서 파이프라인 기법 사용하기
만약 소프트웨어가 여러 단계로 독립적이게 구형될 수 있다면, 다음 방식으로 파이프라인을 구현할 수 있습니다.
- 각 단계를 Thread 구형
- 각 Thread를 queue로 연결
