Как работает конвейерная архитектура и для чего она нужна. Чтобы лучше всё понять - представьте обычную стройку. Допустим, что одна и та же группа рабочих покупает стройматериалы, перевозит все на место стройки, занимается строительством и оформляет документацию, а затем повторяет весь процесс заново. Из-за такого подхода неизбежны простои, так как каждый занят только одной задачей в данный момент. Подобная ситуация возникла бы и в процессорном ядре, если бы оно выполняло все этапы обработки инструкции за один такт. Чтобы устранить эти простои, была придумана конвейерная архитектура. Представьте, что теперь над стройкой работают несколько отделов: отдел логистов привозит материалы - это аналог стадии выборки инструкций, которая загружает поток, выбранный планировщиком ОС. Отдел грузчиков приносит материалы строителям. Похожим образом декодер на стадии декодирования преобразует инструкции во внутренние сигналы. Отдел рабочих возводит здание, а процессор проводит операции, используя различные вычислительные блоки. Наконец, отдел юристов ведет документацию подобно тому, как процессор записывает результаты вычислений в регистры или память. Суть конвейера заключается в том, что все эти отделы или стадии работают одновременно. Пока логисты везут новую партию материалов, грузчики разносят предыдущую, а строители используют ту, что была привезена ещё раньше. Производительность растёт за счёт параллельной работы множества блоков процессора, которые без конвейера большую часть времени простаивали. Важно понимать,что реальные процессоры устроены сложнее. Например, в них часто есть отдельные конвейеры для целочисленных операций и для операций с дробными числами. Также различается и количество стадий. Чем больше стадий, тем больше инструкций загружено в конвейере и тем больше частота ядра. Но вместе с тем его сложнее заполнить, а сброс конвейера (например, при ошибке предсказания перехода) становится более затратным.