《计算机系统结构》02中央处理器.pptxVIP

;2.1 CPU组成 2.2 数据表示 2.3 指令优化 2.4 指令集 2.5 时钟频率 2.6 并行 2.7 多核技术; 2.1 CPU组成;（1）控制器。其任务是负责从存储器中取出指令，确定指令的类型，并对指令进行译码，控制整个计算机系统一步一步地完成各种操作。 （2）运算器。为计算机提供计算与逻辑功能，控制器把数据带给ALU后，就根据指令完成算术运算或逻辑判断及逻辑运算。 （3）寄存器（Register）。它是处理器内部的存储单元，控制器中的寄存器，用于保存程序运行中的状态，存储当前指令信息和将要执行的下一条指令的地址等。运算器中的寄存器，用于存储进行运算与比较的数据及其结果。; 2.2 数据表示;数据表示:由硬件直接辨识的数据类型; 2.3 指令优化;2.3.1 指令格式优化;例?2-1：某计算机有7条指令（I1～I7）使用频率Pi从30%～6%。请给出这7条指令的哈弗曼编码。;2.3.1 指令格式优化;2.3.1 指令格式优化;2.3.1 指令格式优化;2.3.2 指令系统分析; 2.4 指令集;2.4.1 RlSC和CISC;2.4.2 RISC-V; 2.5 时钟频率;2.5 时钟频率;这种设计实现了CPU时钟频率的进一步提高（仅需要提高倍频即可），并同时保持其与其他外部设备的同步工作。例如，系统总线的时钟频率为100 MHz，CPU的时钟频率则能够达到4 GHz甚至更高。 提升CPU的时钟频率是提升CPU性能最直接的方法，但是时钟频率并不是可以无限提升的，与CPU的架构、制造工艺直接相关。更高的时钟频率会导致CPU的功耗和发热量呈指数速率增长，从而迅速超过系统散热能力的最大允许范围。 改进架构和实现各层面上的并行则是现代CPU提升性能的主要方式，如增加CPU的内核数，而主频一般在1～3GHz。 内核数能无限提升吗？; 2.6 并行;2.6.1 指令级并行;2.6.2 线程级并行;2.6.3 数据并行和SIMD指令集合; 2.7 多核技术;2.7 多核技术;2.7 多核技术; 2.8 CPU内部互连;2.8.1 早期的星形总线与跨Socket互连;2.8.2 Intel 环形总线架构;2.8.2 Intel 环形总线架构;2.8.3 Intel Mesh总线架构; AMD 的模块化思想体现为两大组件，由若干CPU内核组成的CCX（Core Complex，内核复合体）和实现CCX之间互连的Infinity Fabric总线。 CPU内核位于CCX的四角，L2缓存和L3缓存则被排布到4个内核的正中间，L3缓存由4个内核内部共享，速度???步于最高的内核。同时，4个内核之间采用全连接的方式，访问延迟极低。;; 2.9 CPU外部互连;2.9 CPU外部互连; 在Bloomfield中，由于集成了内存控制器，所以CPU直接与内存相连，大大降低了内存访问延迟，同时Intel采用了新的QPI总线连接北桥取代之前的FSB。; 2.10 OpenMP多线程并行编程;2.10 OpenMP多线程并行编程;OpenMP的编程模型介绍;2.10.1 编译制导语句;2.10.1 编译制导语句;2.10.2 API 函数; 二维数组的运算一般采用双层for循环。本例题很简单，显然数组计算的行和行之间没有数据相关。可以使用2种方法实现： 1、将计算以行为单位逐行分配到各个线程进行并行计算。 2、将数组按行平均分给各线程，但是这些行是连续的。这样做的好处是使并行计算的粒度比较大，可以减少调度开销。 下面的例程就是使用的方法2。;例程代码;例程代码;2.10.2 API 函数;2.11 GPU;2.11.1 GPU简介;2.11.2 GPU硬件结构;2.11.2 GPU硬件结构;2.11.3 GPU的存储层次;2.12 CUDA;2.12.1 CUDA简介;2.12.2 线程管理; CUDA编程中最重要的是定义CUDA核函数。根据题意，核函数需要完成的任务是：根据传入的A数组，计算对应行从下标1至999号元素的和，并将结果存储在第0号元素。首先根据块索引（blockIdx.x）和块内线程索引（threadIdx.x）确定需要处理的行号（lineID），然后再实现计算功能。接着根据CUDA编程的一般流程，编写主函数功能。;例程代码--核函数;例程代码--主程序;2.13OpenMP-CUDA混合编程;2.13 openmp-cuda 混合编程; CUDA核函数部分与例2-4相同；在主函数中，由OpenMP开启4个CPU线程，并根据线程号执行不同的操作：由0号CPU线程管理GPU实现计算；1-3号CPU线程直接进行计算。为了方便GPU在多线程环境中使用cudaMemcpy将结果回写至数组A，我