46、硬件基础：从处理器到多核架构的全面解析

硬件基础：从处理器到多核架构的全面解析

1. 处理器与线程

在多处理器系统中，多个硬件处理器各自执行一个顺序程序。在讨论多处理器架构时，基本的时间单位是周期，即处理器获取并执行一条指令所需的时间。随着技术的发展，周期时间会发生变化，不同平台也有所不同。例如，1980 年处理器每秒约有 1000 万次周期，到 2005 年约为 30 亿次；控制烤面包机的处理器周期比控制 Web 服务器的处理器周期长。不过，以周期表示的指令相对成本（如内存访问）变化缓慢。

线程是一个顺序程序，处理器是硬件设备，而线程是软件构造。处理器可以运行一个线程一段时间后将其搁置，转而运行另一个线程，这一事件称为上下文切换。处理器搁置线程的原因有多种，可能是线程发出的内存请求需要时间满足，也可能是该线程运行时间足够长，轮到其他线程执行。当线程被搁置后，它可能会在另一个处理器上恢复执行。

2. 互连架构

互连是处理器与内存以及其他处理器进行通信的媒介，主要有两种互连架构：对称多处理（SMP）和非均匀内存访问（NUMA）。
- SMP 架构 ：处理器和内存通过总线互连，总线类似于小型以太网，是一种广播介质。处理器和主内存都有总线控制器单元，负责发送和监听总线上广播的消息（监听有时称为窥探）。如今，SMP 架构最为常见，因为它易于构建，但随着处理器数量的增加，总线会过载，因此扩展性不佳。
- NUMA 架构 ：一组节点通过点对点网络连接，类似于小型局域网。每个节点包含一个或多个处理器和本地内存，一个节点的本地内存可被其他节点访问，所有节点的内存共同构成所有处理器共享的全局内存。“NUMA” 名称反映