体系结构名词解释

最新推荐文章于 2022-01-10 21:03:45 发布

原创最新推荐文章于 2022-01-10 21:03:45 发布 · 675 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

csarch 专栏收录该内容

1 篇文章

订阅专栏

本文介绍了CPU并行技术中的指令级并行（ILP）和线程级并行（TLP），并详细解释了Superscalar（超标量）、Temporalmultithreading（时间多线程）、Simultaneousmultithreading（同时多线程）等概念。

读书时候写的一篇笔记，整理下丢上来。

关键字：super scalar、temporal multithreading、simultaneous multithreading、CMP、super-threading、hyper-threading、SMP、UMA、NUMA、SIMD、SISD、MIMD，MISD，EPIC，VLIW

CPU的并行主要有两种方式：指令级并行（ILP）和线程级并行（TLP）。

指令级并行

指令级并行主要通过Super scalar（超标量）实现。它是一种cpu的结构形式，cpu含有多个运算单元，从而可以在同一时钟周期执行多于一条的指令。

注意：虽然super scalar的处理器通常是pipelined的，但super scalar和pipeline是两种独立的提升cpu性能的技术，理论上可以有super scalar的非pipelined的cpu，反之亦然。另外，super scalar可以使cpu同时执行多条指令，但同时执行多条指令的不一定就是super scalar。pipeline、多处理器、多核结构都能做到这点。

顺便提一下scalar processor，与之对应的是vector processor，前者指一条指令只处理一到两个数据单元，后者则可以一条指令同时处理多个数据单元。Super scalar则是这两者的一种混合。

线程级并行

多线程(multithreading)的实现分为三类：Temporal multithreading（也叫Interleaved multithreading？）、Simultaneous multithreading和Chip-level multiprocessing（CMP）。前两者的区别是在某一个时钟周期，任意给定的流水级上同时执行的线程数量，前者为1，后者大于1。CMP则是在一个芯片中集成两个或以上的super scalar处理器，每个处理器独立执行线程。

Temporal multithreading主要分为两类：coarse-grain（粗粒度）和fine-grain（细粒度），前者指cpu流水线（各级）同时只承载一个线程的运行，由一个算法实现上下文切换，保证效率和公平性等；后者指cpu流水线各级同时承载多个线程运行，在流水级之间有效率地完成上下文切换。看wiki的意思，似乎是说后者的上下文切换比较有效率（不知道为啥），但后者得让各个流水级同时保持不同线程的状态，而且为了保证正在执行的线程的读写稳定，难以对“后台”线程进行优化。

Simultaneous multithreading（即所谓的SMT），为了实现SMT，主要是需要实现一个cycle中fetch多个线程的指令，并且要有足够数量的寄存器保存各线程的状态。因此，实现SMT的CPU一定是super scalar的。

Super-Threading：Intel在Pentium上的一个tempporal multithreading实现。

Hyper-Threading：官方叫法是Hyper-Threading Technology（HTT），是Intel在Pentium4、Xeon "Foster"上面的一个SMT实现。使用了HTT的P4在OS看来就如同一个双处理器系统一样（A Pentium 4 with Hyper-Threading enabled is treated by the operating system as two processors instead of one.）。