(完整)多核技术综述
多核多线程技术综述_眭俊华
图 2 多核技术演进过程
图 3 多核 CPU 硬件体系结构
2 与多核 CPU 相关的几个问题
多核 CPU 的出现，给现有的操作系统（ Operating System， OS） 、并 行 计 算 （ Parallel Computing ） 和 多 线 程 编 程 技 术 （ Multiple-Thread Programming ） 等带来了深刻的影响。
本质上，并行计算也是多核 CPU 计算机上在更高层上的 一个具体应用，因此在并行算法程序设计时，和在多核要解决同步、通信、负载 均衡和可扩展性等问题。 2． 3 多核 CPU 与软件开发
在多核 CPU 出现前，多线程技术已经出现了几十年，技 术人员很少考虑多线程设计与编程，即使程序是多线程，在单 核平台上，也只能是并发执行，而不是并行执行 ，使得单线程 和多线程的设计没有明显差异； 而且，多线程在单核平台上来 回切换所需要的时间和资源的开销，使得后者（ 多线程） 在性 能上有时还比不上前者（ 单线程） 。
CPU的多核心架构及计算单元详解
CPU的多核心架构及计算单元详解中央处理器（CPU）是计算机系统中的核心组件之一，它承担着执行计算和控制操作的任务。
随着计算机的快速发展，人们对于性能的要求也越来越高。
为了满足用户对于多任务处理和高性能计算的需求，CPU的多核心架构逐渐兴起。
本文将详细介绍CPU的多核心架构以及其中的计算单元。
一、CPU的多核心架构1.1 多核心概念及发展多核心是指在一个CPU芯片上集成多个独立的处理器核心。
与传统的单核心CPU相比，多核心架构能够同时处理多个线程或任务，提升计算机的整体性能。
多核心架构的发展源于摩尔定律的进展。
根据摩尔定律，集成电路中的晶体管数量每18个月翻倍，这意味着CPU的计算能力也在同期间不断提升。
然而，到了一定程度，提升频率并不能显著增加CPU的性能，因为频率增加会导致功耗和发热的问题。
因此，为了进一步提升性能，多核心架构成为了解决方案。
1.2 多核心的优势多核心架构具有如下几个优势：1.2.1 提升系统性能：多核心能够同时处理多个任务或线程，有效提高了系统的整体性能。
特别是对于多线程应用程序或者同时执行多个任务的场景，多核心能够更好地满足用户需求。
1.2.2 节能降耗：与提升频率相比，多核心架构能更好地平衡性能和功耗。
通过将任务分配到多个核心上执行，每个核心的工作频率可以降低，从而减少功耗和发热，延长电池续航时间。
1.2.3 增强并行计算能力：多核心为并行计算提供了强大的支持。
对于需要大量计算的应用程序，多个核心可以同时进行计算，加速处理过程。
1.3 多核心架构的实现方式多核心架构的实现方式主要有对称多处理（SMP）和复杂指令集计算（CISC）。
对称多处理(SMP)是指每个核心拥有相同的访问权限和权力，可以独立运行不同的任务。
SMP架构中，每个核心可以共享同一份操作系统，从而实现大部分应用程序的并行执行。
复杂指令集计算(CISC)则是在一个CPU芯片上，集成多个核心以及专用的计算单元，每个计算单元负责执行特定类型的计算任务。
多核处理器体系结构软件仿真技术：研究综述
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面向多核处理器的内存竞争记录研究综述
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电脑CPU发展的核心技术工艺和发展趋势
电脑CPU发展的核心技术工艺和发展趋势1多核心技术多核处理器产生的直接原因是替代单处理器，解决微处理器频率上的发展瓶颈。
多核上将集成更多结构简单，低功耗的核心。
与目前主流的双核平台向比，基于多核处理器的平台提供更多的内存和I/O，每一个处理器共同应用内存和I/O提供的相关数据，增强了了所有内核的计算负载，提高了计算精度和计算速度。
另外多核处理器的内核动态加速技术也对提升处理器速度有着非常大的帮助。
在一个四核的Core I7处理器中，当一个任务只需要两个内核时，就可以关闭其他的两个内核，然后把工作的内核运行频率提高，加快运行速率。
这样的动态调整很大程度上提高了系统和CPU整体的处理水平，降低了功耗。
随着广大用户和游戏发烧友对处理器速度追求，多核心技术的应用更加广泛，生产成本也将越来越低。
2超线程技术在21世纪的今天，多线程处理器已经引入服务器领域，硬件多线程已经成为主流应用，并且其在提升处理器性能方面的优势也越来越被予以重视。
所谓多线程，就是具备并行处理多任务处理能力的计算平台，同时也用于区别任务的优先程度，分配给对时间比较敏感的任务优先运行权。
在处理多个线程的过程中，超线程处理器可以同时运行多个线程，多个线程分别使用闲置的执行单元。
大大提高了处理器内部处理单元的利用率和相应的数据、指令的吞吐能力。
但是同时，超线程技术也有一定的瓶颈，由于CPU限定的TDP值是恒定的，超线程技术会占用一定的TDP而影响超频。
例如，在关闭超线程的情况下，能够有效的降低CPU的功耗和发热，使得CPU环境更有利于超频。
CPU的发展趋势1 国内趋势由于intel等公司对专利权的垄断以及美国对我国采取的禁运措施，国CPU必然将走过一个完全自主的道路（类似于苹果电脑的一体化形式）。
完全自主的CPU指令集不同外界兼容，但是从国家安全角度来看，指令集完全自主可控是最为安全的。
另外，国产CPU的市场化也需要一个漫长的过程，在自主完善软硬件兼容，开辟新的国内市场的前提下，仍要不断争取获得主流架构的授权，以保证对于windos系统的兼容。
操作系统中的多核操作系统
操作系统中的多核操作系统随着计算机技术的不断发展，多核处理器已经成为现代计算机的主流。
然而，要充分利用多核处理器的优势，就需要一个高效的多核操作系统来管理和调度这些处理器的资源。
本文将探讨操作系统中的多核操作系统，包括其概念、设计原则以及一些实际应用。
一、多核操作系统的概念多核操作系统是一种能够充分利用多核处理器的操作系统。
与传统的单核操作系统相比，多核操作系统能够将任务划分为多个子任务，并分别由多个核心并行处理，从而提高计算机的整体性能。
多核操作系统通过合理的资源调度和管理，最大限度地减少各核心之间的竞争，提高系统的并行处理能力。
二、多核操作系统的设计原则为了有效地利用多核处理器的优势，多核操作系统需要遵循一些设计原则。
1. 并行度最大化：多核操作系统需要将任务划分为多个独立的子任务，并将其分配给不同的核心进行并行处理。
通过充分利用多核处理器的计算能力，可以提高系统的整体性能。
2. 资源调度优化：多核操作系统需要合理地调度和管理处理器的资源。
即使在高负载情况下，也需要确保每个核心都可以获得足够的计算资源，以充分发挥其性能优势。
3. 数据共享与同步：在多核操作系统中，多个核心之间可能需要共享数据或进行同步操作。
因此，多核操作系统需要提供有效的机制来实现数据共享和同步，以避免数据不一致或竞争条件。
4. 可靠性和容错性：多核操作系统需要具备高度的可靠性和容错性，以应对多核处理器可能出现的故障或错误。
通过冗余资源和容错机制，可以确保系统的稳定运行。
三、多核操作系统的实际应用多核操作系统在各个领域都有广泛的应用。
1. 科学计算：科学计算通常需要大量的计算资源。
多核操作系统可以将计算任务分配给多个核心进行并行处理，提高计算效率和速度。
2. 多媒体处理：多核操作系统可以实现实时的多媒体数据处理和编码。
通过将不同的媒体处理任务分配给不同的核心，可以提高音视频处理的效率和质量。
3. 分布式系统：多核操作系统可以用于构建分布式系统。
多核CPU面临的挑战与机遇
多核CPU面临的挑战与机遇——如何发挥多核CPU的性能09计算机科学与技术一班2009118231樊如霞多核CPU面临的挑战与机遇——如何发挥多核CPU的性能取代过去的单一中央处理器，计算机目前正在步入多核时代。
尽管这项技术对我们而言并不是新鲜事物，但这是这种类型的体系架构首次大规模运用于商用个人电脑和服务器市场。
这场变革将影响到每位计算机用户。
多核技术的触角已经深入到服务器，笔记本电脑甚至游戏机控制台领域。
从最终用户的角度来看，这种变革的影响是潜移默化的。
程序设计者们发现要实现多核设计的性能也是一项充满挑战的艰巨任务，特别是现在还没有一劳永逸的办法和自动化技术能适应多核系统上运行的现行软件。
多核CPU就是基板上集成有多个单核CPU，早期PD双核需要北桥来控制分配任务，核心之间存在抢二级缓存的情况，后期酷睿自己集成了任务分配系统，再搭配操作系统就能真正同时开工，2个核心同时处理2“份”任务，速度快了，万一1个核心死机，起码另一个U还可以继续处理关机、关闭软件等任务。
与单核处理器相比，多核处理器在体系结构、软件、功耗和安全性设计等方面面临着巨大的挑战，但也蕴含着巨大的潜能。
CMP和SMT一样，致力于发掘计算的粗粒度并行性。
CMP可以看做是随着大规模集成电路技术的发展，在芯片容量足够大时，就可以将大规模并行处理机结构中的SMP （对称多处理机）或DSM（分布共享处理机）节点集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的线程或进程。
在基于SMP结构的单芯片多处理机中，处理器之间通过片外Cache或者是片外的共享存储器来进行通信。
而基于DSM结构的单芯片多处理器中，处理器间通过连接分布式存储器的片内高速交叉开关网络进行通信。
由于SMP和DSM已经是非常成熟的技术了，CMP结构设计比较容易，只是后端设计和芯片制造工艺的要求较高而已。
正因为这样，CMP成为了最先被应用于商用CPU 的“未来”高性能处理器结构。
虽然多核能利用集成度提高带来的诸多好处，让芯片的性能成倍地增加，但很明显的是原来系统级的一些问题便引入到了处理器内部。
应用多核CPU的高性能计算技术研究
应用多核CPU的高性能计算技术研究在现代计算机系统中，多核CPU已经成为了标配。
多核CPU 可以同时执行多条指令，使得计算机系统的吞吐量得到了明显的提高。
然而，要发挥多核CPU的性能，需要开发一些应用程序，这些应用程序可以充分利用多核CPU的计算能力。
本文将介绍一些应用多核CPU的高性能计算技术的研究。
一、并行计算并行计算是指在一台计算机上同时执行多个任务，以提高计算机系统的效率和性能。
并行计算可以通过多线程、多进程或向量计算来实现。
其中，多线程是最常用的技术，因为它比其他技术更容易实现和管理。
多线程技术可以充分利用多核CPU的计算能力，因为每个线程可以在一个CPU核心上执行。
在并行计算中，需要解决的一个重要问题是数据同步。
由于多个线程或进程同时执行，它们可能会访问同一个内存区域。
如果不进行同步，就会产生数据冲突，导致计算结果出错。
因此，需要采用一些同步机制，例如互斥锁、读写锁、条件变量等。
二、CUDA技术CUDA技术是一种由英伟达公司开发的并行计算技术，它可以在GPU上同时执行多个线程。
CUDA技术可以充分利用GPU的计算能力，因为GPU可以同时处理大量的数据。
相比之下，CPU更适合处理复杂的控制流程。
CUDA技术可以用于许多应用程序，例如科学计算、图形处理等。
在CUDA技术中，每个线程都可以访问独立的内存空间，因此不需要同步机制。
但是，需要考虑如何将数据从主机内存复制到GPU内存。
数据复制是一个耗时的操作，如果复制的数据量很大，就会影响程序运行的效率。
因此，需要采用一些优化技术，例如异步数据复制、零拷贝技术等。
三、MPI技术MPI技术是一种分布式计算技术，它可以将多个计算节点组合成一个计算集群，以充分利用各个节点的计算能力。
MPI技术可以用于许多应用程序，例如分子动力学模拟、天气预报、金融风险评估等。
在MPI技术中，每个计算节点都有独立的内存空间，因此需要采用一些数据通信机制来实现节点之间的数据交换。
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多核技术综述姓名：朱齐敏学号:08002516摘要：本文首先阐述了多核技术的定义和相关概念，然后介绍了多核技术的好处及其发展状况，接着描述了多核技术带来的挑战以及面对挑战我们因怎样开发并行软件和如何让旧程序应对多核环境。
本文提纲:1、什么是多核技术2、多核技术相关概念3、多核技术的好处4、多核技术的发展5、多核技术带来的挑战6、多核平台下的并行开发7、旧程序如何应对多核环境1、什么是多核技术简单的讲，多内核是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核）。
多核处理器是多枚芯片(也称为“硅核")，能够直接插入单一的处理器插槽中，但操作系统会利用所有相关的资源，将它的每个执行内核作为独立的逻辑处理器.通过在多个执行内核之间划分任务，多核处理器可在特定的时钟周期内执行更多任务。
单核与多核的区别单核处理器：通过提高主频来提升效率,随之提高的还有处理器的功耗和成本。
多核处理器:通过多核结构的并行计算提高效率，功耗小，但是单个任务的处理速度不会提升.多核与多处理器（多CPU）的区别：多核是指一个处理器芯片有多个处理器核心,他们之间通过CPU内部总线进行通讯;多处理器是指简单的多个处理器芯片工作在同一个系统上,多个处理器之间的通讯是通过主板上的总线进行的。
2、多核技术相关概念SMP：指在两个相似（或相同）的处理器通过一条高速通道连接，并且共享外CPU、线程多实例无需了解，由操作系统自动协调运行，并管理共享资源。
AMP:在一个由两颗或者多颗相同或者不同的处理器通过各种通信通道连接(比如可以将一个MCU(Main Control Unit)和一个DSP集成在一起），在逻辑上共享或者独占外设、存储器的体系架构上，运行不同的操作系统实例，相互之间通过TIPC（Transparent Inter-Process Communication）等机制通讯。
往往是用于主控处理单元与各种专业协处理器协同工作的情形。
多核：是一种处理器的结构,在一个芯片上集成了多个处理器核心。
一般各个核有独立的L1cache，但共享L2 Cache，同时，也共享存储器、外设。
SMT(HT)：同时多线程技术（在intel称为超线程技术)，是在CPU中提供多个半独立的处理器单元，其中寄存器独立，但共享L1 cache和ALU单元，其目的是提高ALU的利用率，提升CPU效率。
从物理上来看，是一个类多CPU体系。
当然各芯片厂家实现方案可能不同。
多处理器：由多颗相同或者不同的独立完整的CPU通过通信通道连接，可共享也可独立拥有存储器、外设。
并行：活动线程在不同的硬件资源或者处理单元上同时执行，多个线程在任何时间点都同时执行。
并发：线程在同一个硬件资源上交替执行的过程，所有活动线程在某段时间内同时执行的状态,但是在某个给定的时刻都只有一个线程在执行。
3、多核技术的好处由于是多个执行内核可以同时进行运算，因此可以显著提升计算能力，而每个内核的主频可以比以前低,因而总体功耗增加不太大。
与多CPU相比，多核处理器采用与单CPU相同的硬件机构，用户在提升计算能力的同时无需进行任何硬件上的改变，这对用户来说非常方便。
相对于传统的单核CPU，多核CPU具有性能高、功耗低、设计和验证周期短、通信延迟低等诸多优点，同时它还带来了CPU设计方式的变革，提供了一种新的发展模式。
相比单核处理器,它有更强的性能优势，并且在推动PC安全性和虚拟技术方面起到关键作用,虚拟技术的发展能够提供更好的保护、更高的资源使用率和更可观的商业计算市场价值。
普通消费者也将比以往拥有更多的途径获得更高性能.正是由于多核的这些优点，所以,多核很快被用户接受，并得以普及.4、多核技术的发展无论是AMD还是Intel, 目前已经发布的新型处理器多是双核，计算机的发展总是追求系统物理规模的不断减小，以及性能和集成度的不断提高。
随着应用的需要，芯片上的处理器数目将不断增多，双核也将走向多核。
由于应用的需要，多核技术将与其它先进技术交织,成为处理器的发展方向.由于32位越来越难以满足应用需要，“64位+多核”将是处理器发展的趋势。
双核PC时代在2005年4月正式开始,当时英特尔发布了至尊版奔腾840处理器，是一款主频3。
2GHz的90纳米芯片，紧随其后的就是走向主流的奔腾D 800系列CPU。
而英特尔的第二代双核处理器奔腾D 900系列在2006年年初发布，并且开始将英特尔的制程工艺全面转向65纳米。
在这段时期，由于集成了优秀的内存管理器，并且可以运行在与CPU相同的频率，所以AMD的90纳米双核Athlon 64×2产品线开始获得广泛的追捧。
而此时英特尔处理器仍然需要通过低速的前端总线交换数据，让系统内存与CPU进行沟通。
当前具有代表性的多核CPU产品（1)第一个商用的多核CPU是2001年IBM推出的双核RISC处理器Power 4（2）2004年IBM又推出后继产品Power5,并在双核的基础上引入多线程技术。
同时，HP也推出多核CPU产品PA—RISC8800 SUN也发布双核产品UltraSPARC IV。
（3）2005年，多核CPU得到全面发展，AMD迅速推出面向服务器、支持x86指令集的双核心Opteron处理器。
而Intel则推出面向桌面系统的双核CPU——Pentium D及Pentium Extreme Edition。
另外，IBM在超级计算机系统BlueGene／L中使用的CPU也是一种双核CPU，与索尼和东芝联合推出的Cell 处理器具备多达9个核心。
（4)2006年1月Intel发布了首款双核移动处理器Core Duo,这一全新的处理器为笔记本性能带来了很大进步.继这次成功之后，Intel在2006年夏季同时发布了Core 2 Duo桌面（Conroe)和移动（Merom）处理器。
（5） 2008年11月17日，推出64位四核心CPU Core i7 ,沿用x86—64指令集，并以Intel Nehalem微架构为基础，取代Intel Core 2系列处理器。
(6）20010年，3月17日，英特尔正式发布了采用32nm工艺的新一代Nehalem微构架双路服务器处理器至强六核服务器CPU 5600家族，代号“Westmere-EP"。
5、多核技术带来的挑战毫无疑问，多核给我们提供了更经济的计算能力。
但是，这种能力能否善加利用还要取决于软件。
如果不针对多核进行软件开发，不仅多核提供的强大计算能力得不到利用，相反还有可能不如单核CPU好用。
“从某种程度上说,对于软件开发者而言，CPU主频提升就像是免费的午餐，此前所有的程序很自然地会从主频的提升中受益，而如今多核出现了，这种免费的午餐没有了.我们必须针对多核重新进行软件设计。
”多核程序带来的挑战（1)程序是否具备扩展性(2）程序能否更精确(完整)多核技术综述(3)产品是否易于编程和维护(4）并行开发模式a.打破串行的编程过程“一步一步"的模式b。
首先要进行分析和拆解c.然后才能进行程序的编写(5)程序设计并行规划为双核，四核、八核、十六核等更多核芯规模开发（6）针对多核的开发过程与传统的开发模式的不同需要性能优化工具多核带来的软件困惑(1）软件怎么利用多核尚未解决a.为了竞争,硬件推进太急躁b.软件还未准备好(2)操作系统a。
目前尚无一个操作系统支持多核！b.目前多核操作系统实际上是多处理器操作系统，把多核当作多处理器看待，不是为多核定制的.c。
虚拟化技术也是一种解决方案，把多核虚拟为单核，但是有性能牺牲.(3)应用软件a.计算型软件，容易并行,可以支持多核。
b。
信息处理软件,一般都是串行的，很难利用多核。
6、多核平台下的并行开发多核软件开发总体要求（1) 架构方面：提升软件并行性算法级（使用并行算法、使用OpenMP编程)任务级（流水线、多实例)合理规划资源分配（中断资源分配、处理器分配)（2) 编程方面：选用适当的同步手段控制锁粒度充分认识多核带来的程序并发性提高(同时多任务运行、关中断将不确保安全的同步）(3）下层支撑平台提供支持:多种类型同步手段(spinLock，读写锁、全局中断锁…)快速核间通讯手段(IPI机制)并发任务管理，二级调度任务间的同步性并行设计的方法（1) 数据并行性：有不相关的任务对数据集的不同元素进行相同的操作,我们称这种数据相关表现了.（2）功能并行性：有不相关的任务对数据集的不同元素进行不同的操作。
(3）流水线：在处理单个问题上不存在并行性，但如果需要处理多个问题，且每个问题可以分为几个阶段,那么就能支持与阶段数相同的并行性。
并行程序设计思想目前比较流行的三种：(1）扩张编译器开发并行化编译器，使其能够发现和表达现有串行语言程序中的并行性,例如Intel C++ Compiler就有自动并行循环和向量化数据操作的功能.这种把并行化的工作留给编译器的方法虽然降低了编写并行程序的成本，但因为循环和分枝等控制语句的复杂组合，编译器不能识别相当多的可并行代码而错误地编译成了串行版本。
（2)扩展串行编程语言这是当前最为流行的方式，通过增加函数调用或者编译指令来表示低层语言以获取并行程序。
用户能够创建和结束并行进程或线程，并提供同步与通信的功能函数等。
这方面较为杰出的库有MPI和OpenMP等;在解释型脚本阵营，ParallelPython也吸引了不少粉丝。
（3）创造一个并行语言虽然这是一个疯狂的想法，但事实上近几十年来一直有人在做这样的事情，如HPF（High Performance Fortran)是Fortran90的扩展，用多种方式支持数据并行程序。
7、旧程序如何应对多核环境(1）精确地评估旧程序是否需要作出修改。
如Foxmail、Windows优化大师之类的桌面软件原本就只占用极少的CPU 资源，那么就不需要针对多核改写.而作为网站服务器端运行的CGI程序基本上都是以多进程或多线程的方式来响应请求的，将可以平滑地充分利用多核系统的性能优势，一般而言也不需要针对多核改写.（2)就重避轻。
一个应用程序，性能瓶颈通常都只有几个或者一两个甚至这些瓶颈相关的功能还是用户很少使用的。
那么为了这些少量需求而对已有程序进行伤筯动骨的改造是不合适的，更不宜以多线程的架构重写整个应用。