1. 计算平台介绍

Flynn于1972年提出了计算平台的Flynn分类法,主要根据指令流和数据流来分类,共分为四种类型的计算平台,如下图所示:

单指令流单数据流机器(SISD)

SISD机器是一种传统的串行计算机,它的硬件不支持任何形式的并行计算,所有的指令都是串行执行。并且在某个时钟周期内,CPU只能处理一个数据流。因此这种机器被称作单指令流单数据流机器。早期的计算机都是SISD机器,如冯诺.依曼架构,如IBM PC机,早期的巨型机和许多8位的家用机等。

单指令流多数据流机器(SIMD)

SIMD是采用一个指令流处理多个数据流。这类机器在数字信号处理、图像处理、以及多媒体信息处理等领域非常有效。

Intel处理器实现的MMXTM、SSE(Streaming SIMD Extensions)、SSE2及SSE3扩展指令集,都能在单个时钟周期内处理多个数据单元。也就是说我们现在用的单核计算机基本上都属于SIMD机器。

多指令流单数据流机器(MISD)

MISD是采用多个指令流来处理单个数据流。由于实际情况中,采用多指令流处理多数据流才是更有效的方法,因此MISD只是作为理论模型出现,没有投入到实际应用之中。

多指令流多数据流机器(MIMD)

MIMD机器可以同时执行多个指令流,这些指令流分别对不同数据流进行操作。最新的多核计算平台就属于MIMD的范畴,例如Intel和AMD的双核处理器等都属于MIMD。

本书所讲述的主要内容就是围绕多核计算平台而来的,下面就来介绍一下多核的硬件结构。

2. 多核CPU硬件结构

多核CPU是将多个CPU核集成到单个芯片中,每个CPU核都是一个单独的处理器。每个CPU核可以有自己单独的Cache,也可以多个CPU核共享同一Cache。下图便是一个不共享Cache的双核CPU体系结构。

在现代的多核硬件结构中,内存对多个CPU核是共享的,CPU核一般都是对称的,因此多核属于共享存储的对称多处理器(Symmetric Multi-processor,SMP)。

在多核硬件结构中,如果要充分发挥硬件的性能,必须要采用多线程(或多进程)执行,使得每个CPU核在同一时刻都有线程在执行。

和单核上的多线程不同,多核上的多个线程是在物理上并行执行的,是一种真正意义上的并行执行,在同一时刻有多个线程在并行执行。而单核上的多线程是一种多线程交错执行,实际上在同一时刻只有一个线程在执行。

3. 多核编程模型

前面谈到过多核属于共享存储的SMP,但实际上SMP系统出现在多核之前,服务器硬件中就广泛采用多个CPU构成的SMP系统,如双CPU、四CPU的服务器很早就出现了。多核CPU系统中的编程和多CPU的SMP系统的编程模型是一致的,都属于共享存储的编程模型,在本书中把它叫做多核编程,实际上并不限于在多核CPU系统中的编程,而是可以应用于共享存储的SMP系统中的编程。

原文来自

http://book.51cto.com/art/201004/197196.htm

来自《多核计算与程序设计》周伟明

出版社:华中科技大学出版社 出版日期:2009年3月 ISBN:978-7-5609-5069-9

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