Potokowanie

Potokowanie (z ang. pipelining) to technika organizacji przetwarzania danych polegająca na podziale zadania na serię kolejnych etapów, z których każdy wykonuje część pracy i przekazuje wynik następnemu etapowi. Dzięki temu wiele elementów danych może być przetwarzanych jednocześnie na różnych fazach, co zwiększa przepustowość układu bez proporcjonalnego powiększania czasu całkowitego potrzebnego na zakończenie pojedynczego zadania.

Mechanizm opiera się na podziale na etapy oraz buforach lub rejestrach między nimi. Każdy etap wykonuje pracę w stałym czasie, więc po wypełnieniu potoku teoretyczna przepustowość równa jest jednej porcji danych na cykl (dla odpowiednio zbalansowanego potoku). W praktyce występują opóźnienia zwane hazardami: zależności danych, gałęzie sterujące i ograniczenia pamięci, które mogą powodować przestoje i obniżać efektywność.

Najczęściej potokowanie kojarzy się z architekturą komputerową, gdzie używa się instrukcyjnych potoków łączących fazy pobierania instrukcji, dekodowania i wykonania. Znaczenie ma również w grafice komputerowej, obróbce multimediów, systemach przetwarzania strumieniowego i kompilatorach optymalizujących kod pod kątem równoległego przetwarzania.

Korzyści obejmują wyższą przepustowość i lepsze wykorzystanie zasobów przy zachowaniu niższej latencji jednego elementu. Ograniczenia wynikają z konieczności utrzymania synchronizacji między etapami i z ograniczeń pamięciowych, co może prowadzić do przeciążeń.

Zobacz także: potoki danych, przetwarzanie strumieniowe, architektura potokowa, równoległość.