5.5CPU新技术(上)-吴学涯教程.pptx

5.5 CPU新技术（上）;5.5.1 SIMD技术;为了解SIMD在性能上的优势，我们以加法指令为例说明 单指令流单数据流（SISD）型CPU对指令译码后， 执行部件先访问主存，取得第一个操作数 之后再一次访问主存，取得第二个操作数 随后才能进行求和运算 SIMD型CPU对指令译码后， 几个执行部件同时访问主存，一次性获得所有操作数进行运算 SIMD技术这一特点特别适合多媒体应用等数据密集型运算;1．MMX技术;;2．SSE技术;;计算一个很长的浮点型数组中每一个元素的平方根 for each f in array { 把f从主存加载到浮点寄存器 计算平方根 再把计算结果从寄存器中取出写入主存 } 在采用SSE技术后，算法可改写为： for each 4 members in array { //对数组中每4个元素 把数组中这4个数加载到一个128位SSE寄存器中 在一个指令执行周期中完成计算4个数平方根的操作 把所得的4个结果取出写入主存 };3．SSE2技术;在整数处理方面， 随MMX技术引进的SIMD整数指令从64位扩展到了128位，使SIMD整数类型操作的执行效率成倍提高 在浮点数处理方面， 双精度浮点SIMD指令允许以SIMD格式同时执行两个浮点操作 除SSE2指令之外，最初的SSE指令也得到增强 支持多种数据类型（例如双字、四字）的算术运算 支持灵活、动态范围更广的计算功能;4．SSE3技术;5.5.2 RISC技术;1．CISC的产生和发展;设计师们想出了一种解决方案——操作码扩展 在指令格式中，操作码后面跟的是地址码 有些指令用不着地址码或只用少量位数的地址码 可把操作码扩展到地址码的位置，使操作码位数增加 如果一个指令系统的操作码为2位，那么可以有00、01、10、11四条不同的指令 现在把11作为保留，把操作码扩展到4位，那么就可以有00、01、10、1100、1101、1110、1111七条指令 其中1100、1101、1110、1111这四条指令的地址码部分必须减少两位;为了达到减少地址码这一操作码扩展的先决条件，设计师们又发明了各种各样的寻址方式 最大限度地压缩地址码长度，为操作码留出空间 于是，CISC指令系统逐渐形成 CISC的特点，也是CISC的缺点 大量的复杂指令、可变的指令长度、多种寻址方式 大大增加了译码的难度 在高速硬件迅猛发展的今天，复杂指令所带来的速度提升早已不及在译码上所浪费的时间了;2．RISC的产生;3．RISC的特点;;;RISC三要素：⑴一个有限的简单的指令集；⑵CPU配备大量的通用寄存器；⑶强调对指令流水线的优化 RISC的典型特征 ⑴指令种类少，指令格式规范 ⑵寻址方式简化 ⑶大量利用寄存器间操作 ⑷简化处理器结构 ⑸便于使用VLSI技术 ⑹加强处理器的并行能力 ⑺RlSC技术的复杂性在于它的优化编译程序;⑴指令种类少，指令格式规范;⑵寻址方式简化;⑶大量利用寄存器间操作;⑷简化处理器结构;⑸便于使用VLSI技术;⑹加强处理器的并行能力;⑺RlSC技术的复杂性在于它的优化编译程序;4．RISC与CISC的主要特征对比;5.5.3 超线程/多核技术;1．超线程技术;线程是程序执行的基本原子单位 一个进程可以由多个线程组成 在分布式程序设计中正确使用线程，能够很好地提高应用程序的性能及运行效率 其实现原理是将一个进程分成多个线程，然后让它们并发异步执行，从而提高运行效率 “并发执行”在单核情形下并不是各线程同时执行（占有CPU），在任意时刻还是只能有一个线程占用CPU 它们彼此轮换使用CPU，感觉上似乎都在运行;设一个进程要完成两个任务：任务1和任务2，并且任务1要经历A1?B1?C1三个步骤才能完成，任务2要经历A2??B2?C2三个步骤才能完成 ①如果两个任务同步执行的话，完成两个任务是这样执行的： 从A1到C2只能一个一个地执行 当A1执行时，CPU被占用，B1到C2的线程只能等待 甚至当它们彼此之间并不竞争同一个资源时，也要等待前面的线程执行完毕后才能执行 ;②如果两个任务异步执行的话，完成两个任务是这样执行的： 任务1和任务2分成两个独立的执行对象 A1?B1?C1和A2?B2?C2是并发执行的 当A1执行某个运算时，A2可去做其他事情（如访问外设） 完成所有任务， 方式①需要6个时间段，方式②需要3个时间段 方式②完成整个任务要快于方式①;2．多核技术;;