명령어 파이프라이닝

최종 수정 : 25.1.2

명령어 파이프라이닝

명령어 파이프라이닝(instruction pipelining)은 명령어를 실행하는데 사용되는 하드웨어를 여러 개의 독립적인 단계(stage)들로 분할하고, 동시에 서로 다른 명령어들을 처리하도록 함으로써 CPU의 성능을 높여준다. 즉, 이전 명령어를 끝내기 전에 새로운 명령어의 수행을 시작하므로 같은 시간대에 명령어 사이클이 중첩되어 처리된다.

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1. 2-단계 명령어 파이프라인

명령어 사이클은 기본적으로 인출 사이클과 실행 사이클이라는 두 개의 단계로 이루어진다. 명령어를 실행하는 하드웨어를 인출 단계(fetch stage)와 실행 단계(execute stage)라는 두 개의 파이프라인 단계들로 분리하여 구성하는 것을 2단계 명령어 파이프라인(two-stage instruction pipeline)이라고 부른다.

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2. 4-단계 명령어 파이프라인

파이프라인 단계들의 처리 시간이 동일하지 않음으로 인하여 발생하는 효율 저하를 방지하는 방법은 처리 시간이 더 긴 파이프라인 단계를 여러 개로 분할함으로써, 단계들의 처리 시간이 거의 같아지도록 하는 것이다.

 

4-단계 명령어 파이프라인(four-stage instruction pipeline)은 앞서 살펴본 2-단계 파이프라인의 실행 단계를 세부적 동작에 따라 분할하여 네 단계로 구성할 수 있다.

• 명령어 인출 : 명령어를 기억 장치로부터 인출하여 명령어 레지스터로 이동한다.
• 명령어 해독 : 첫 번째 단계에서 인출된 명령어를 명령어 해독기로 해석한다.
• 오퍼랜드 인출 : 기억 장치로부터 오퍼랜드를 인출한다.
• 실행 : 명령어에 지정된 연산을 수행하고 결과를 저장한다.

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참고

독학사 교재