多核CPU硬件架构介绍(2015年03月23日)

1. 1. 2多核CPU硬件体系结构介绍

1.计算平台简介

Flynn在1972年提出了计算平台的Flynn分类，主要根据指令流和数据流进行分类。计算平台有四种类型，如下图所示：

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图1. 1. 1：Flynn计算平台分类方法

单指令流单数据流机（SISD）

SISD机器是传统的串行计算机。它的硬件不支持任何形式的并行计算。所有指令均按顺序执行。并且在某个时钟周期内，CPU只能处理一个数据流。因此这种机器称为单指令流单数据流机器。早期的计算机都是SISD机器，例如IBM PC，早期的超级计算机和许多8位家用计算机。

单指令流多数据流机（SIMD）

SIMD使用一个指令流来处理多个数据流。这样的机器在数字信号处理，图像处理和多媒体信息处理领域非常有效。

由Intel处理器实现的MMXTM，SSE（流式SIMD扩展），SSE2和SSE3扩展指令集可以在一个时钟周期内处理多个数据单元。换句话说，我们使用的单核计算机基本上是SIMD机器。

多指令流单数据流机（MISD）

MISD使用多个指令流来处理单个数据流。在实际情况下，使用多个指令流来处理多个数据流更为有效，因此MISD只是作为一种理论模型而已，尚未投入实际应用。

多指令流和多数据流机（MIMD）

MIMD机器可以同时执行多个指令流，并且这些指令流在不同的数据流上运行。 ***的多核计算平台属于MIMD。例如，Intel和AMD的双核处理器属于MIMD。

本书的主要内容基于多核计算平台。现在让我们介绍多核硬件结构。

2.多核CPU硬件结构

多核CPU将多个CPU内核集成到一个芯片中，每个CPU内核是一个单独的处理器。每个CPU内核可以拥有自己的单独缓存，或者多个CPU内核可以共享同一个缓存。下图是不共享缓存的双核CPU体系结构。

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图1. 1. 2：多核CPU硬件架构

在现代多核硬件结构中，内存由多个CPU内核共享。 CPU内核通常是对称的。因此，多核是具有共享存储的对称多处理器（SMP）。

在多核硬件结构中，如果要充分发挥硬件性能，则必须使用多线程（或多进程）执行，以便每个CPU内核都有一个线程在执行时执行。同时。

与单核上的多线程不同，多核上的多个线程在物理上并行执行，这是真正的并行执行。同时，有多个线程并行执行。单核上的多线程是一种多线程交错执行，实际上，只有一个线程在同一时间执行。

3.多核编程模型

如前所述，多个内核属于共享存储的SMP，但实际上，SMP系统出现在多个内核之前。由多个CPU组成的SMP系统广泛用于服务器硬件中。例如，双CPU和四CPU服务器出现得很早。向上。多核CPU系统中的编程模型与多CPU SMP系统中的编程模型相同。两者都属于共享内存编程模型。在这本书中，它被称为多核编程。实际上，它不限于在多核CPU系统中进行编程。但是它可以应用于共享存储SMP系统中的编程。

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