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多核程序设计——多核处理器与多线程技术的研究指导教师:李静梅报告人:刘正?一、多核处理器的基本架构?二、操作系统对多核处理器的支持方法?三、多线程简介?四、多核多线程处理器简介一、多核处理器的基本架构一、多核处理器的基本架构?背景: 随着芯片制成工艺的不断进步, 从体系结构来看,传统的处理器体系结构技术已面临瓶颈,晶体管集成度已经过亿,很难通过提高主频来提升性能; 从应用需求来看,日益复杂的多媒体、科学计算、虚拟化等多个应用领域都呼唤更为强大的计算能力。在这样的背景下,各主流处理器厂商纷纷将产品战略从提高芯片的时钟频率转向多线程、多内核。 1. 1.多核芯片多核芯片?发展近况: 继双核之后, Intel 已经在 2006 年 11月推出了 4核产品, AMD 也推出了代号为巴塞罗那的 4核处理器。目前, 多核处理器的推出越演越烈,在推出了代号为 Niagara 的8核处理器之后, Sun 公司还计划推出 Niagara2 处理器。 Intel 近日内声称,明年即将研制推出 10核以上的处理器产品。?定义: 片上多核处理器( Chip Multi- Processor,CMP ) 就是将多个计算内核集成在一个处理器芯片中,从而提高计算能力。一、多核处理器的基本架构一、多核处理器的基本架构 2. 2.片上多核处理器体系结构片上多核处理器体系结构?分类: 按计算内核是否对等, CMP 可分为同构多核和异构多核。计算内核相同,地位对等的称为“同构多核”, 现在 Intel 和 AMD 主推的双核处理器就是同构多核的; 计算内核不同,地位不对等的称为“异构多核”,异构多核采用“主处理器+协处理器”的设计, IBM 、 SONY 等联手推出的 Cell 处理器就是异构多核处理器的典范。?硬件结构: 由于 CMP 处理器的各 CPU 核心执行的程序之间有时需要进行数据共享与同步,故硬件结构必须支持核间通信。一、多核处理器的基本架构一、多核处理器的基本架构 2. 2.片上多核处理器体系结构片上多核处理器体系结构?总线共享 cache 结构: 是指每个 CPU 内核拥有共享的二级或三级 cache ,用于保存比较常用的数据,并通过连接核心的总线进行通信。?基于片上互连的结构: 指每个 CPU 内核拥有独立的处理单元和 cache ,各个 CPU 核心间通过交叉开火或片上网路等方式连接在一起,各个 CPU 核心间通过消息通信。?面向多核体系结构的操作系统调度是目前多核软件的一个热点, 其中主要热点有: 程序的并行研究;多进程的时间相关性研究; 任务的分配与调度;缓存的错误共享;一致性访问研究;进程间通信;多处理器核内部资源竞争等。?在单核处理器中,常见调度策略有先来先服务( FCFS )、最短作业调度( SJF )等,而对于多核处理器系统调度来讲,目前还没有明确的标准与规范。如何处理好负载均衡问题是多核处理器系统调度策略的关键所在。为解决该问题,可以考虑: ①共同就绪队列,是所有处理器公用一个就绪队列; ②选择一个处理器来为其他处理器调度,即创建主从结构。但以上方法都存在很大的弊端,目前,仍然没有找到十分成熟的 CMP 调度算法。二、操作系统对多核处理器的支持方法二、操作系统对多核处理器的支持方法 1. 1.调度与中断调度与中断?高级编程中断控制器 APIC ( Advanced Programmable Interrupt
Controllers )是基于中断控制器分散在两个基础功能单元——本地单元以及 I/O 单元的分布式体系结构。在多核系统中,多个本地和 I/O APIC 单元能够作为一个整体通过 ICC 总线互相操作。?APIC 发挥的功能有: (1)接受来自处理器中断引脚中的内部或外部 I/O APIC 的中断,然后将这些中断发送给处理器核处理。(2)在多核处理器系统中,接收发送核内中断消息。二、操作系统对多核处理器的支持方法二、操作系统对多核处理器的支持方法 1. 1.调度与中断调度与中断?多核体系处理器中,必须将中断处理分发给一组核处理。当系统中有多个核在并行执行时,必须有一个能够接收到的中断分发给能够提供服务的核的机制。?虚拟化技术: 是指对计算机资源进行的抽象,是在系统、应用或用户与资源进行交互时,对计算机资源的物理特性进行隐藏的一种技术。二、操作系统对多核处理器的支持方法二、操作系统对多核处理器的支持方法 2. 2.虚拟化技术虚拟化技术?分类: (1)平台虚拟化: 由指定硬件平台上的宿主软件来实行,为其他软件提供一个模拟的计算机环境。其他软件通常都是完整的操作系统,就像安装在独立的硬件平台上一样运行。(2)资源虚拟化: 它是被扩展到具体系统资源的虚拟化,它涉及资源的合并、划分以及简化的模拟等作用。??线程: 线程: 它是进程上下文中执行的代码序列,又称为“轻量级”进程。它负责在单个程序里执行多任务。?多线程: 它是为了使得多个线程并行的工作以完成多项任务,以提高系统的效率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候被实现的。三、多线程简介三、多线程简介 1. 1.多线程的概念多线程的概念?多线程机制的优点: (1)创建一个线程比创建一个进程的代价小。(2)线程的切换比进程间切换的代价小。(3)充分利用多处理器。(4)数据共享。(5)快速响应特性。?用户级线程: 有关线程的所有管理工作都由在用户级实现的线程库来支持。用户级线程库是用于用户级线程管理的例程包,支持线程的创建、终止等工作。对于那些内核本身不支持多线程的操作系统,通过用户级线程库可以使用户获得多线程编程的好处。但由于内核不能感知到用户级线程的存在,内核仍然以进程为单位进行调度,因而用户级线程的并行性会受到一定的限制。?内核级线程: 内核级线程的所有管理操作都由操作系统内核完成的,内核保存线程的状态和上下文信息。在多处理器系统上,内核可以分派属于同一进程的多个线程在多个处理器上运行,提高进程执行的并行度。三、多线程简介三、多线程简介 2. 2.用户级线程和内核级线程用户级线程和内核级线程?由于需要内核完成线程的创建、调度和管理功能,所以和用户级线程相比这些操作要慢得多,但是仍然比进程的创建和管理操作要快。市场上大多数的操作系统,如 Windows 2000 、Solaris 2 、Linux 等都支持内核级线程。1
内容来自淘豆网转载请标明出处.基于异构多核处理器的DVFS技术研究--《通信技术》2017年03期
基于异构多核处理器的DVFS技术研究
【摘要】：随着半导体技术的发展,异构多核处理器的应用越来越广泛。低功耗是异构多核系统设计的主要任务之一。作为低功耗技术主流的DVFS技术,在同构多核系统中有着广泛应用,是当前研究的热点,但其在异构多核系统中的研究尚不成熟。因此,分别介绍异构多核处理器功耗模型与DVFS技术的基本原理和研究现状,调研近年来实时异构多核系统中基于DVFS技术的低功耗算法,并对各种算法进行分析。最后,根据当前的研究状况,指出该领域面临的挑战和未来的研究方向。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TP332【正文快照】：
随着电子技术的发展,人们对电子产品的性能要求越来越高。为了满足高性能要求,异构多核处理器应运而生,并有了广泛应用,如无人机、智能穿戴设备、智能手机等。但是,伴随着性能的提升,系统的功耗也在不断增加,这对于电池供电的移动设备是一个严峻的挑战。传统设计中,通过增加电
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浅议多核处理器技术
摘要：多核处理器以其高性能、低功耗优势正逐步取代传统的单处理器成为市场的主流。
随着应用需求的扩大和技术的不断进步,多核必将展示出其强大的性能优势。但目前多核处
理器技术还面临着诸多挑战，本文主要介绍了多核处理器发展的关键技术并对多核处理器技
术的发展趋势进行简要分析。
关键词：多核；同构异构；片上通信；I/O 结构；低功耗
1 多核处理器介绍
多核处理器也称为片上多处理器(chip multi-processor，CMP)，或单芯片多处理器。
自 1996 年美国斯坦福大学首次提出片上多处理器(CMP)思想和首个多核结构原型，到 2001
年 IBM 推出第一个商用多核处理器 POWER4，再到2005 年Intel 和AMD 多核处理器的大规模
应用，最后到现在多核成为市场主流，多核处理器经历了十几年的发展。在这个过程中，多
核处理器的应用范围已覆盖了多媒体计算、嵌入式设备、个人计算机、商用服务器和高性能
计算机等众多领域，多核技术及其相关研究也迅速发展。
多核处理器将多个完全功能的核心集成在同一个芯片内，整个芯片作为一个统一的结构
对外提供服务，输出性能。多核处理器首先通过集成多个单线程处理核心或者集成多个同时
多线程处理核心，使得整个处理器可同时执行的线程数或任务数是单处理器的数倍，这极大
地提升了处理器的并行性能。其次，多个核集成在片内，极大地缩短了核间的互连线，核间
通信延迟变低，提高了通信效率，数据传输带宽也得到提高。再者，多核结构有效共享资源，
片上资源的利用率得到了提高，功耗也随着器件的减少得到了降低。最后，多核结构简单，
易于优化设计，扩展性强。这些优势最终推动了多核的发展并逐渐取代单处理器成为主流。
2 多核发展的关键技术
多核处理器结构不仅有性能潜力大、集成度高、并行度高、结构简单和设计验证方便等
诸多优势，而且它还能继承传统单处理器研究中的某些成果，例如同时多线程、宽发射指令、
降压低功耗技术等。但多核处理器毕竟是一种新的结构，在多核结构设计和应用开发中出现
了以前未曾遇到的新问题，这些问题给多核处理器的未来提出了挑战。
2.1 核心结构的选择
目前多核处理器的核心结构主要有同构和异构两种。同构与异构是多核处理器主要的两
种结构形态。顾名思义，同构多核处理器是指处理器芯片内部的所有核心其结构是完全相同
的，各个核心的地位也是等同的。目前的同构多核处理器大多数由通用的处理器核心组成，
每个处理器核心可以独立地执行任务，与通用单核处理器结构相近。
同构多用于通用多核处理器结构。在多计算机系统结构的分类方法中，多处理器结构和
多计算机结构因为其互连方式和数据存储与共享方式相异，相应地，同构的多核处理器也可
以依据其互连的层次在结构上予以区分，即，核心之间可以通过共享存储器互连，也可以在
Cache 层面（或局部存储器）互连。
异构多核处理器芯片内部采用多种功能不同的核心。如有负责管理调度的主核和负责计
算的从核构成的多核处理器；再有承担定点、浮点、特殊计算等不同计算功能的核心构成的
多核处理器。目前的异构多核处理器通常同时集成通用处理器、DSP、媒体处理器、网络处
理器等多种类型的处理器核心，针对不同需求提高应用的计算性能。其中，通用处理器核常
作为处理器控制与通用计算之用的主核，而其他处理器核则为用于加速特定的应用的从核。
2.2 片上通信技术
多核芯片上的多个核心虽然各自执行自己的代码，但是不同核心间可能需要进行数据的
共享和同步，因此片上通信结构的性能将直接影响处理器的性能。当前片上通信主要有3 种
方式：总线共享、交叉开关互连和片上网络(network on chip，NOC)。
总线共享结构是指片上核心、输入输出端口以
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在电子工程世界为您找到如下关于“异构多核”的新闻
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