多处理器并行处理的新发展.pdfVIP

第 26卷 第 3期 渤海大学学报 (自然科学版) Vo1．26No．3 2005年 9月 JournalofBohaiUniversity(NaturalScienceEdition) Sep．2005 多处理器并行处理的新发展 高 效 伟 (渤海大学 图书馆，辽宁 锦州 121013) 摘 要：以叙述提高计算机性能的各种方法为起点，阐明了多处理器并行处理、超线程技术、多 核心处理器的原理与应用。 关键词：多处理器 ；超线程技术 ；多核心处理器 中图分类号：TP301 文献标识码 ：A 文章编号：1673—0569(2005)03—0218—03 当使用提升CPU主频来提高计算机性能的方法，越来越受限于功耗增大的时候，采用多处理器并行来 提高计算机性能的方法，却显示出前所未有的优越性。近年来，各大CPU开发商竟相在这个领域里挖掘、开 拓 ，并且产生了一些新的技术成果，推动了相关技术的发展。本文将结合提高计算机性能的各种方法，阐述多 处理器并行处理的发展进程及其原理与应用。 1 处理器与线程 1．1 单处理器与单线程 CPU是计算机的核心部件，由控制器和运算器组成。人们为了使计算机完成某个特定任务，就必须编制 包括指令序列和原始数据的相应程序。当程序运行时，CPU从内存 中逐条取出指令送到控制器去识别 ，分析 该指令的含义，并发送一套命令来执行相关操作。对于 CPU来说 ，一个线程就是必须执行的指令集合。例 如，取出存放在某存储单元要参与运算的数据，送往运算器进行运算，并将运算结果送回指定存储单元中，就 是一个线程。当一个线程发送到CPU，这线程的存储地址就被锁定，所以CPU知道从哪里开始执行线程 ，并 依次处理每个指令 ，一直到处理完一个线程为止。在一般情况下，一个线程结束以后 ，CPU才会执行下一个 线程。当然，也可以强迫CPU暂停当前执行的线程，把当前处理的结果暂时寄存起来，而去执行另一个线 程，这就是不 同线程间的相互中断。由此可以看出，单个CPU处理线程是顺序进行的，也就是说 ，一个 CPU 每次只能处理一个线程。 1．2 多处理器与多线程 显然，CPU 的上述特点限制了计算机运算速度的提高，人们想出了许多办法来解决这个问题。除了提高 CPU 时钟频率之外，最实用最有效的方法就是采用对称多处理器 (Symmetricmulti—processors，sMP)技 术。这种技术就是在一台计算机中配置多个CPU，将多个处理器置于一个系统之下协同工作 ，以此来提升 计算机的运算速度。因为每个CPU每次可以执行一个线程，那么，有几个CPU，每次就能执行几个线程。在 多处理器系统中，所有的线程都能够使用系统中的所有资源，操作系统会安排每个处理器使用资源的顺序和 使用时间，线程会在所有的CPU 中并行处理。如果应用程序是基于多处理器编写的，那么应用程序的运行 效率就会大大提高。因此，多处理器的工作效率要远远高于单处理器 。采用多个CPU，早已不是什么新鲜事， 它在服务器领域已经得到了广泛应用。但是，多CPU系统 比单 CPU系统要复杂得多，而且价格要昂贵很 多，所以，难以在台式PC机和笔记本电脑上普及。那么，我们能不能在一个CPU上得到类似多个CPU 的 收稿 日期 ：2005．03．23． 作者简介 ：高效伟(1952一)，男，薹6研究馆员，从事图书馆自动化工作． 第3期 高效伟：多处理器并行处理的新发展 219 效果呢?美国Intel公司新近推出的超线程技术(Hyper—threadingtechnology，HT)，对这个问题做出了肯 定的回答。 2 超线程技术 2．1 超线程技术的基本原理与特性 超线程技术的原理源 自同步多线程 (SimultaneousMulti--threading，SMT)技术。SMT是一种类似于 双处理器并行工作的技术，就是在处理器中加入一个逻辑处理单元(LogicalCPUPointer)，使一颗处理器生 成两个架构指挥中心(architecturalstate，AS)。或者说，将一个物理处理器整合成两个逻辑处