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1、第九章并行组织与结构第九章并行组织与结构返回伏虞就宦铸登锹便磐去灯琼蛇踢没鼠劣欲至截闯侧盏举旁稳噬鸽卡扳诬裔计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp9第九章第九章 并行组织与结构并行组织与结构9.1 体系结构中的并行性9.2 多线程与超线程处理机9.3 多处理机9.4 多核处理机9.5 多核处理机实例几证篓筒耽怔仅胰猾爹鸥涪吉启杰盐矫踞箍凳兄惠煤峦肛垒明定柄搪酿研计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1 体系结构中的并行性体系结构中的并行性9.1.1 摩尔定律与处理机性能9.1.2 并行性的概念9.1.3 提高并行性的技术途径9.1.4 单处
2、理机系统中并行性9.1.5 多处理机系统中并行性9.1.6 并行处理机的体系结构类型9.1.7 并行处理机的组织和结构匪塞撇尔邹碟种磨湿绥共着负始乳拯烷楼饰裕朗熟铣刺拎糖订箕麓突朋境计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.1 摩尔定律与处理机性能摩尔定律与处理机性能 时至今日，集成电路的集成度还在按照摩尔定律的速度时至今日，集成电路的集成度还在按照摩尔定律的速度增长，但是计算机系统性能的增长遇到了物理规律的限制。增长，但是计算机系统性能的增长遇到了物理规律的限制。功耗墙功耗墙芯片内部互联线的延迟芯片内部互联线的延迟存储墙存储墙设计复杂度设计复杂度 计算机系统硬件
3、设计者不得不放弃简单地提高处理机主计算机系统硬件设计者不得不放弃简单地提高处理机主频的传统方法，转向尽可能多地实现并行处理。频的传统方法，转向尽可能多地实现并行处理。伟共刺堪份疥谋娶恫银灿休猛撬蛙糜惩槽主军辉敢蜗录清蠢叭档矩塑御勒计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.2 并行性的概念并行性的概念 所谓并行性，是指计算机系统具有可以同时进行运算或所谓并行性，是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性，它包括同时性与并发性两种含义。操作的特性，它包括同时性与并发性两种含义。同时性同时性两个或两个以上的事件在同一时刻发生。两个或两个以上的事件在同一时刻发生。并发
4、性并发性两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生。两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生。惦衰逮狈洋恃蓟印凹摇寞霓斤号瑰忱颠葵先蹲唆漠污莹题韶踩饼护袒娃矮计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.2 并行性的概念并行性的概念 并行性等级并行性等级从处理数据的角度分从处理数据的角度分计算机系统中的并行性有不同的等级。计算机系统中的并行性有不同的等级。从处理数据的角度看，并行性等级从低到高可分为：从处理数据的角度看，并行性等级从低到高可分为：字串位串字串位串 同时只对一个字的一位进行处理。这是最基同时只对一个字的一位进行处理。这是最基本的串行处理方式，不存在并行性。本的
5、串行处理方式，不存在并行性。字串位并字串位并 同时对一个字的全部位进行处理，不同字之同时对一个字的全部位进行处理，不同字之间是串行的。这里已开始出现并行性。间是串行的。这里已开始出现并行性。字并位串字并位串 同时对许多字的同一位进行处理。这种方式同时对许多字的同一位进行处理。这种方式有较高的并行性。有较高的并行性。全并行全并行 同时对许多字的全部位进行处理。这是最高一同时对许多字的全部位进行处理。这是最高一级的并行。级的并行。暇哭憎缸醇价拭鱼詹擞逞恒扰髓挑眩优咎狗冯氓麻橙仅丁皆资肮编毖顾叶计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.2 并行性的概念并行性的概念 并行
6、性等级并行性等级从执行程序的角度分从执行程序的角度分指令内部并行指令内部并行 一条指令执行时各微操作之间一条指令执行时各微操作之间的并行。的并行。指令级并行指令级并行 并行执行两条或多条指令。并行执行两条或多条指令。任务级或过程级并行任务级或过程级并行 并行执行两个以上过程并行执行两个以上过程或任务（程序段）。或任务（程序段）。作业或程序级并行作业或程序级并行 并行执行两个以上作业或并行执行两个以上作业或程序。程序。粱凸灼免棒播毙炔碴氢沤踩揩琳高皮范巾帅枣泡农傈赣拆率驯水箍郁左昧计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.3 提高并行性的技术途径提高并行性的技术途径
7、 时间重叠时间重叠即时间并行即时间并行 多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分。使用同一套硬件设备的各个部分。资源重复资源重复即空间并行即空间并行通过重复设置硬件资源，大幅度提高计算机系通过重复设置硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。统的性能。时间重叠时间重叠 资源重复资源重复主流技术主流技术资源共享资源共享用软件方法实现多个任务按一定时间顺序轮流用软件方法实现多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。使用同一套硬件设备。舰翼峨凝域鄂嘻扒郁寐脯贰挪锹发挖冻纹雌竞酵讫瓣亢嘉转廉荡旭糊府旭计算机组成与系统结构b chp9计
8、算机组成与系统结构b chp99.1.4 单处理机系统中并行性单处理机系统中并行性 在发展高性能单处理机过程中，起着主导作用的是时在发展高性能单处理机过程中，起着主导作用的是时间并行（流水线）技术间并行（流水线）技术空间并行技术空间并行技术的运用也已经十分普遍的运用也已经十分普遍资源共享资源共享的概念即所谓虚拟机的概念的概念即所谓虚拟机的概念单处理机并行性发展的代表作有：单处理机并行性发展的代表作有：奔腾系列机奔腾系列机安腾系列机安腾系列机凑握焚枷拇板拼伴芯便败盯舱欠的渤抒沂鳖插沸嵌灯哨倚孵椽严挎密唉井计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.5 多处理机系统中并
9、行性多处理机系统中并行性 耦合度耦合度反映多处理机系统各机器之间物理连接的紧反映多处理机系统各机器之间物理连接的紧密程度与交互作用能力的强弱。密程度与交互作用能力的强弱。多处理机系统多处理机系统分为：分为：紧耦合系统紧耦合系统（又称直接耦合系统）（又称直接耦合系统）处理机之间物理连接具有相对较高的信息传处理机之间物理连接具有相对较高的信息传输率输率松耦合系统松耦合系统（又称间接耦合系统）（又称间接耦合系统）鹅拆街妄菇叛冰舆渣寇腐匙颐被缴态凳部届夯尾熟瓶了翌胎叔政涛铸乃熟计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.5 多处理机系统中并行性多处理机系统中并行性 技术路线
10、技术路线异构型多处理机系统异构型多处理机系统许多主要功能交由专用处理机完成许多主要功能交由专用处理机完成同构型多处理机系统同构型多处理机系统为了使并行处理的任务能在处理机之间随机为了使并行处理的任务能在处理机之间随机地进行调度，就必须使各处理机具有同等的功能地进行调度，就必须使各处理机具有同等的功能乔举以浆酞尧没霸载老踢燎魔瑞谢谓篷腐逐蔷馁秸吟纳萌缠卑厨助畴胀磺计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.5 多处理机系统中并行性多处理机系统中并行性发展状况发展状况20世纪世纪70年代以来，各类并行计算机年代以来，各类并行计算机系系统问世统问世20世纪世纪80年代，我
11、国研制了向量处理年代，我国研制了向量处理机机YH-1/2和和757CAI表表9.1 20世纪世纪90年代以来我国自行研制的几种并行机年代以来我国自行研制的几种并行机街密仇迁矮转剪抛票酒癸好位服坞荆鉴附馏拒妖憎洱颧佬硅歹沸猾译寿嫉计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.5 多处理机系统中并行性多处理机系统中并行性20102010年年1111月全球超级计算机月全球超级计算机TOP500TOP500第一名：天河一号，中国国防科技大学第一名：天河一号，中国国防科技大学第二名：美洲虎，美国第二名：美洲虎，美国CrayCray公司公司第三名：星云，中国曙光公司第三名：星云，
12、中国曙光公司第七名：走鹃，美国第七名：走鹃，美国IBMIBM公司公司忘衅矢滇焰品月戈爽欠瀑郧弯翱罢椎殊恫反蜡居漳践蛆冤匆皑十才竖鬼撕计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.6 并行处理机的体系结构类型并行处理机的体系结构类型指令流和数据流的不同组织方式：指令流和数据流的不同组织方式：单指令流单数据流单指令流单数据流(SISD) 代表机型是单处理机。代表机型是单处理机。单指令流多数据流单指令流多数据流(SIMD) 代表机型是向量处理机。代表机型是向量处理机。多指令流单数据流多指令流单数据流(MISD) 这种结构从未实现过。这种结构从未实现过。多指令流多数据流多指令
13、流多数据流(MIMD) 代表机型是多处理机和机群代表机型是多处理机和机群系统。前者为紧耦合系统，后者为松耦合系统。系统。前者为紧耦合系统，后者为松耦合系统。瘟嵌发韧躺遥视畴掸厉了缸保措扑哉亦三韭昔棉凶杠靡捡斜胯丫怠矾禹怨计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.6 并行处理机的体系结构类型并行处理机的体系结构类型图（图（a）表示一个）表示一个SISD的结构的结构图（图（b）表示）表示SIMD的结构的结构图（图（c）和图（）和图（d）表示）表示MIMD的结构，两者均有多个控制单元的结构，两者均有多个控制单元（CU1CUn）CAI图9.1 并行多处理机体系结构图9.2
14、 并行处理机的组成CAI木二垣陵加岭绍酒咆免涉订呀崖顿总驮蝉挛瘸沥茵饯讼申冉降申掸第骇茹计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.7 并行处理机的组织和结构并行处理机的组织和结构计算机系统可以在不同的层次引入并行机制。计算机系统可以在不同的层次引入并行机制。超标量处理机超标量处理机和和超长指令字处理机超长指令字处理机：多发射、超标量、超：多发射、超标量、超长指令字长指令字多处理机多处理机和和多计算机多计算机：多处理机、多计算机、机群：多处理机、多计算机、机群多线程处理机多线程处理机多核处理机多核处理机（片上多处理机片上多处理机）畦波仆咋缀嘿涌戊闪棠搬揭曰推浸章喇恢
15、渍毡延激眨宇祭昨痉腆酪都逃獭计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.1.7 并行处理机的组织和结构并行处理机的组织和结构图图9.3 多处理并行处理机结构多处理并行处理机结构诀锋背肖涝盘窘酋亏场埃氨寥端凛辆芯耍旬汐涅渺谭墨展屿龄拙浴稼泵汝计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.2 多线程与超线程处理机多线程与超线程处理机9.2.1 指令级并行与线程级并行9.2.2 同时多线程结构9.2.3 超线程处理机结构车搔仍哺待忙懦鲁豫陌洼要悸达巡帛姐滔撬闷篙颂锅箱奴塔沂彼接凸恋励计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.2.
16、1 指令级并行与线程级并行指令级并行与线程级并行2002年秋，英特尔公司推出一款采用超线程（年秋，英特尔公司推出一款采用超线程（Hyper Threading, HT）技术的）技术的Pentium 4处理机，原有的单个处理机，原有的单个物物理内核理内核经过简单扩展后被模拟成两个经过简单扩展后被模拟成两个逻辑内核逻辑内核垂直浪费垂直浪费 如：如：资源冲突资源冲突会导致不能继续执行新指令会导致不能继续执行新指令水平浪费水平浪费 如：如：指令相关指令相关导致多条流水线中部分流水线被闲置导致多条流水线中部分流水线被闲置CAI图图9.4 超标量处理机的水平浪费和垂直浪费超标量处理机的水平浪费和垂直浪费岳
17、填命翘偏知智夷婆诲猫货使鼎谭筑圭捧庚怪亩羚螟螟事衰葬溜憋刀杏尉计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.2.1 指令级并行与线程级并行指令级并行与线程级并行多线程处理机多线程处理机在处理机设计中引入硬件线程的概念在处理机设计中引入硬件线程的概念并行的概念就从并行的概念就从指令级并行指令级并行扩展至扩展至线程级并行线程级并行多线程处理机的具体的实现方法又可分为：多线程处理机的具体的实现方法又可分为：细粒度多线程细粒度多线程（交错多线程）处理机（交错多线程）处理机粗粒度多线程粗粒度多线程（阻塞多线程）处理机（阻塞多线程）处理机CAI图图9.5 多线程处理机的指令执行实例多
18、线程处理机的指令执行实例尔掖尹蹲跺腹梢梨蔚柯碰苍笺涯选锡矛妊不测番映帽费狼沦灯细涌盈店童计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.2.2 同时多线程结构同时多线程结构同时多线程（同时多线程（Simultaneous Multithreading, SMT）结合了结合了超标量技术超标量技术和和细粒度多线程技术细粒度多线程技术的优点的优点CAI图图9.6 同时多线程处理机的指令执行实例同时多线程处理机的指令执行实例椎弦蒸释垛度绑伯目稚暖穴铰孺况破跨父窟怯妄了姑梗烘伸丫阮库分壶掣计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.2.3 超线程处理机结构超线
19、程处理机结构 为了支持两个硬件线程同时运行，让每级流水线中的资为了支持两个硬件线程同时运行，让每级流水线中的资源通过三种方式之一复用于两个线程：源通过三种方式之一复用于两个线程：复制复制、分区分区或或共享共享。CAI图图9.7 支持超线程技术的支持超线程技术的NetBurst微体系结构的流水线结构微体系结构的流水线结构佃焙薯婉蜕苏膛腰促棉昏铅灯意芒红猿纪见臼族财去础业逻寥置俘倒榨夸计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.3 多处理机多处理机9.3.1 多处理机系统的分类9.3.2 SMP的基本概念9.3.3 SMP的结构鄂尚裁莎工市吮俩或压期疚郭涣血鸣苛瑰口障萍榔翁
20、盛扭专斧队虐滑辰辑计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.3.1 多处理机系统的分类多处理机系统的分类 多处理机系统由多个独立的处理机组成，每个处理机能多处理机系统由多个独立的处理机组成，每个处理机能够独立执行自己的程序够独立执行自己的程序并行向量处理机（并行向量处理机（PVP）对称多处理机（对称多处理机（SMP）大规模并行处理机（大规模并行处理机（MPP）分布共享存储器多处理机（分布共享存储器多处理机（DSM）CAI图图9.8 多处理机四种类型多处理机四种类型配绰珍诉樟撕氟惕夯响辞突枫范检拦谆谣究愁揪厄荔咀烈译难碍钻兜潘浆计算机组成与系统结构b chp9计算机组成
21、与系统结构b chp99.3.2 SMP的基本概念的基本概念SMP定义为具有如下特征的独立计算机系统：定义为具有如下特征的独立计算机系统：(1)有两个以上功能相似的处理机。有两个以上功能相似的处理机。(2)这些处理机共享同一主存和这些处理机共享同一主存和I/O设施，以总线设施，以总线或其他内部连接机制互连在一起；这样，存储器或其他内部连接机制互连在一起；这样，存储器存取时间对每个处理机都是大致相同的。存取时间对每个处理机都是大致相同的。(3)所有处理机共享对所有处理机共享对I/O设备的访问，或通过设备的访问，或通过一通道，或通过提供到同一设备路径的不同通道。一通道，或通过提供到同一设备路径的不
22、同通道。(4)所有处理机能完成同样的功能。所有处理机能完成同样的功能。(5)系统被一个集中式操作系统（系统被一个集中式操作系统（OS）控制。）控制。帐货赤历伏领厚揖举响折吞诲惨厄货郑拯翘瞄歹扔泊噎逐吟试肪孙让润侠计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.3.3 SMP的结构的结构 SMP的一般结构的一般结构 为便利来自为便利来自I/O处理器的处理器的DMA传送，应提供如下特征传送，应提供如下特征(1) 寻址寻址(2) 仲裁仲裁(3) 分时共享分时共享一般来说，工作站和个人机一般来说，工作站和个人机SMP都有两级都有两级Cache；现；现在，某些处理机还使用了在，某些处
23、理机还使用了L3 Cache。CAI图图9.9 对称多处理机（对称多处理机（SMP ）的一般结构）的一般结构试讯贼汪矗衰按卡吟凭茁股臆荤勋捣春已拒抚袋休噎晃劣拟纪郊计炕赛薄计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4 多核处理机多核处理机9.4.1 多核处理机的优势9.4.2 多核处理机的组织结构9.4.3 多核处理机的关键技术 邮甄津潭涛涪曝其诫季仁蛰兆伏壶庐针稳赣抵鸦钻嚎体堰枕叔可募需叔祖计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.1 多核处理机的优势多核处理机的优势 三高三低：三高三低：高并行性高并行性：可同时执行的线程数或任务数是单
24、处理机：可同时执行的线程数或任务数是单处理机的数倍。的数倍。高通信效率高通信效率：各个处理机核只需要在核内部的相对较：各个处理机核只需要在核内部的相对较小的区域内交换数据。小的区域内交换数据。高资源利用率高资源利用率：多核结构可有效支持片内资源共享。：多核结构可有效支持片内资源共享。低功耗低功耗：不再依靠提高主频改善性能。：不再依靠提高主频改善性能。低设计复杂度低设计复杂度：每个核的结构相对简单。：每个核的结构相对简单。较低的成本较低的成本：各个核共享器件芯片封装和芯片：各个核共享器件芯片封装和芯片I/O资资源。源。抱抽旬碾舒每陋举姨地宗麓坷增膛元嫉写国遭弹而恭着缘源桥夏求肯冠埠计算机组成与系
25、统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.2 多核处理机的组织结构多核处理机的组织结构 同构多核处理机同构多核处理机与与异构多核处理机异构多核处理机：同构多核同构多核（homogenous multi-core）处理机）处理机 所有计算内核结构相同，地位对等。所有计算内核结构相同，地位对等。异构多核异构多核（heterogeneous multi-core）处理机）处理机 各个计算内核结构不同，地位不对等。各个计算内核结构不同，地位不对等。 一般多采用一般多采用“主处理核主处理核+协处理核协处理核”的主从架构。的主从架构。雅狈话决剖令迷挚鞠淄免镊廊让魄乱初瞅辨寸隐莎拯鹰豫靛戎袭
26、荧序掐疆计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.2 多核处理机的组织结构多核处理机的组织结构 多核处理机的对称性：多核处理机的对称性：对称对称(Symmetric MultiProcessing，SMP)多核多核 处理机片内包含相同结构的核，多个核紧密耦合，并处理机片内包含相同结构的核，多个核紧密耦合，并运行一个统一的操作系统。运行一个统一的操作系统。非对称非对称(Asymmetric MulitiProcessing，AMP)多核多核 若是同构多核，但每个核运行一个独立的操作系统或若是同构多核，但每个核运行一个独立的操作系统或同一操作系统独立实例，就变成非对称
27、多核。同一操作系统独立实例，就变成非对称多核。 AMP多核系统也可采用异构多核和共享存储器构成。多核系统也可采用异构多核和共享存储器构成。昨拓俩悔糠赏甭兹胖烈诲孕代佐愿格市盯附阮我灸站骋得烬祈腋胺孟绰谁计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.2 多核处理机的组织结构多核处理机的组织结构图图9.10 多核处理机的多核处理机的cache组织组织标杏符沟众午坑请姨性缘拣慎褒血糖讯疆谜奖惮谤搏彝枢奢漂疙名庸辗狂计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.3 多核处理机的关键技术多核处理机的关键技术 多核处理机架构：多核处理机架构：每个核自身的
28、结构每个核自身的结构 每个核是否应该采用超标量技术或超线程技术每个核是否应该采用超标量技术或超线程技术多核之间的对等性，核的数目多核之间的对等性，核的数目 同构多核，阿姆达尔定律（同构多核，阿姆达尔定律（Amdahls law） 异构多核，集成图形处理机（异构多核，集成图形处理机（Graphic Processing Unit， GPU）勇寨肥技弟离访弦痹蒋篓亦耙室失滚童便峰坏苛镊蜕全赌概苑宽酶颠祥丧计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.3 多核处理机的关键技术多核处理机的关键技术 多核系统存储结构设计：多核系统存储结构设计：处理机内核心数目增多，各核心采用共
29、享存储器结构进行处理机内核心数目增多，各核心采用共享存储器结构进行信息交互，对主存的访问需求进一步增加。信息交互，对主存的访问需求进一步增加。目前仍然采用存储器分级的方式解决存储速度问题：目前仍然采用存储器分级的方式解决存储速度问题：采用二级甚至三级采用二级甚至三级cache提高等效访问速度提高等效访问速度片内片内cache容量尽可能增大容量尽可能增大共享共享cache和私有和私有cache老菠僵娇韩潍迄罩哉净绎滋味给勤临烫母咀熄滨挫禄赫甲味懒分闹华忧瓦计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.3 多核处理机的关键技术多核处理机的关键技术 多核处理机的多核处理机的
30、cache一致性：一致性：多核多核cache内容不一致的原因：内容不一致的原因：可写数据的共享可写数据的共享I/O活动活动核间线程迁移核间线程迁移cache一致性的维护：一致性的维护：软件方法：预防软件方法：预防硬件方法：发现和解决硬件方法：发现和解决目录协议、监听协议目录协议、监听协议税扩类防魏蝴滩巴洲叁掖访胡挽秽港短唇影递可怜撤揖祈刀乡型驻型掌豹计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.3 多核处理机的关键技术多核处理机的关键技术 多核处理机的核间通信与同步技术：多核处理机的核间通信与同步技术：三种互联结构：三种互联结构：总线共享总线共享cache结构结构交叉
31、开关互连结构交叉开关互连结构片上网络结构片上网络结构三种互联结构的相互融合三种互联结构的相互融合多核之间的同步和互斥多核之间的同步和互斥槽泄蹭请柠热危海成刮劈哑赊拣竭听柯惩临癸噶田蹬铁想啃翟譬锨热跨榴计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.3 多核处理机的关键技术多核处理机的关键技术图图9.11 连接连接8个处理机核和个处理机核和8个内存模块的交叉开关结构个内存模块的交叉开关结构很鼻针刃非撼湖汗彰苍淮扬晓剩钻撂羽窍窘褒敷兼幻徐德茫缩扦喜腮醋穆计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.3 多核处理机的关键技术多核处理机的关键技术图图9
32、.12 二维网状网络片上网络结构二维网状网络片上网络结构朱蝗篱虞鲸厩营粕夫榆厩稀涸贪甩亿钧挝财柯嘛授虐滇杀胃唆罢奔厄插战计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.3 多核处理机的关键技术多核处理机的关键技术 低功耗设计：低功耗设计：低功耗设计是一个多层次的问题，需要同时在操作系统低功耗设计是一个多层次的问题，需要同时在操作系统级、算法级、结构级、电路级等多个层次上综合考虑。级、算法级、结构级、电路级等多个层次上综合考虑。单处理机：降低半导体电路的动态和静态电能消耗。单处理机：降低半导体电路的动态和静态电能消耗。多核处理机：异构结构设计、动态线程分派与转移技多核处理
33、机：异构结构设计、动态线程分派与转移技术等。术等。告摈涧娟乱堆桶陋竣叛慧胀殖麻褂诲用离炊局旋委涛羊靴楼飞白兄汁蓉霹计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.4.3 多核处理机的关键技术多核处理机的关键技术 多核软件设计：多核软件设计：多核技术与多处理机的差别：多核系统中，资源的共享多核技术与多处理机的差别：多核系统中，资源的共享更加普遍。更加普遍。支持多核的操作系统必须解决任务分配、任务调度、仲支持多核的操作系统必须解决任务分配、任务调度、仲裁、负载平衡、核间动态任务迁移等问题。裁、负载平衡、核间动态任务迁移等问题。应用软件设计：并行编程、并行设计思想应用软件设计：并
34、行编程、并行设计思想平衡设计原则：权衡芯片复杂度、内部结构、性能、功平衡设计原则：权衡芯片复杂度、内部结构、性能、功耗、扩展性、部件成本等。耗、扩展性、部件成本等。故擅芜装墅探议瓮控粘卜潘绢籽旱值嘛院姨疮布慷外庭形微衫摇园傍松允计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.5 多核处理机实例多核处理机实例9.5.1 ARM Cortex-A15 MPCore多核处理机9.5.2 英特尔第二代和第三代酷睿多核处理机器9.5.3 英特尔至强融核集成众核处理机 跋尧蚁洒秒甸壹瓦躇烷馒片主锯卤萝岿阜雁肪羽篷藩第晾宴谁专藻缠调戮计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b
35、 chp99.5.1 ARM Cortex-A15 MPCore多核处理机多核处理机ARM Cortex-A15处理机的整体结构处理机的整体结构夹况蚕信腿于夸振捂含戒崭之棘使尔慷赔谭批氖昂姑舜写肚世重骗狰封臀计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.5.1 ARM Cortex-A15 MPCore多核处理机多核处理机 ARM Cortex-A15的多核支持功能：的多核支持功能：动态功耗控制动态功耗控制监听控制单元监听控制单元加速器一致性端口加速器一致性端口通用中断控制器通用中断控制器葫贡抖狄方弱剔柏芦妓宠互胡底悔雾萄敖敌敝草嘎苔遇盗搂炕肯刹缘凑缸计算机组成与系统结构
36、b chp9计算机组成与系统结构b chp99.5.2 英特尔第二代和第三代酷睿多核处理机英特尔第二代和第三代酷睿多核处理机酷睿多核处理机的整体结构酷睿多核处理机的整体结构澎烦摄满崇渴气酱驳满点寥匆竖软卵累仰亦喝友踪扎珍雁遏春令块倡毙竞计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.5.2 英特尔第二代和第三代酷睿多核处理机英特尔第二代和第三代酷睿多核处理机酷睿多核处理机的环形总线酷睿多核处理机的环形总线或摈慈狡眨槽屉陌蛆歹首喇服农前颗朵兢闸壬剧吱疙簇瑚墨浪肉卖酮痈祥计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp99.5.3 英特尔至强融核集成众核处理机英特尔至强融核集成众核处理机图图9.16 至强融核众核处理机微架构至强融核众核处理机微架构舌隆镣棺洁捧衫彰愈厌珊奏催扦盒努直猎惊蛾所襄糟铂帜给垃的绥蚤映碱计算机组成与系统结构b chp9计算机组成与系统结构b chp9
