《多核程序设计》概述
多核架构及编程技术-第六章2016
– Intel® XScale™ micro-architecture
• 支持多种操作系统
–Windows XP* /Windows 7/8 32-bit –Windows XP/7/8 64-bit –Linux* & Linux-64 –Windows CE*, Linux in embedded device
对IPP性能的评论
Bryan Cook, Software Architect, AuSIM Inc, Los Altos, California October 2001
“AuSIM Inc. delivers the most advanced audio simulation technology for mission-critical aural displays and simulations. With Intel’s Integrated Performance Primitives (IPP), AuSIM has leveraged 4X performance gains within its AuSIM3D* audio simulation technology. …directly enhances AuSIM’s ability to provide the ultimate audio solutions for simulations, team communications, audio production, tele-conferences, and aural information displays.”
Leo Volfson, President and Chief Technology Officer, Inetcam, Inc. “The Intel ® Integrated Performance Primitives (IPP) has enhanced the iVISTA* application to be more in line with customers' expectations. For example, it enables us to dynamically rescale, in real-time, a video stream without loss of performance. This capability would not be possible without IPP.” “The Intel IPP provided a 300% improvement in the number of users who can simultaneously participate in a webcast. In addition, the migration from the Intel Pentium III to the Intel Pentium 4 took only a day.”
本科专业认证《多核与并行程序设计》课程教学大纲
《多核与并行程序设计》课程教学大纲（Multicore and ParallelProgramming）编写单位：计算机与通信工程学院计算机科学与技术系编写时间：2021年7月《多核与并行程序设计》课程教学大纲一、基本信息课程名称：多核与并行程序设计英文名称：Multicore and Parallel Programming课程类别：专业教育课程课程性质：选修课课程编码：0809000040学分：1.5总学时：24。
其中，讲授16学时，实验0学时，上机8学时，实训0学时适用专业：计算机科学与技术先修课程与知识储备：程序设计、算法与数据结构后继课程：云计算二、课程简介本课程是介绍多核并行计算领域理论和实践问题的一门核心课程，是计算机科学与技术的一门选修课程，也是软件工程及计算机技术相关专业的重要选修课程。
本课程的目标是让学生掌握并行计算技术在开发中的应用，能够根据自己的需要选择合适的并行计算环境与并行计算编程技术，独立完成针对多核计算环境具体任务的并行算法，并能够独立完成并行应用程序的编制、调试与部署。
三、教学目标1、课程思政教学目标：以知识传授为主线，围绕计算机科学知识进行思政教育，以培养学生积极的态度，培养学自学、自省、自控能力，养成学生坚持做好每一件事的品德为目标。
其次，在我国并行计算领域现状介绍中要激发学生们的爱国情怀，立志发展我国高性能计算产业的信心。
最后，以专业技能知识为载体,以实现增强学生“四个自信”为育人目标,将知识传授、价值引领和思想政治教育有机融合,做到课程教学全过程育人。
2、课程教学总目标：课程教学目标是让学习本课程的同学了解多核计算机体系结构、并行算法设计方法、多线程编程、OpenMP/MPI并行编程方法，掌握基本的并行程序设计技术，为未来的工作或者应用打好基础。
其次，学习并行计算的一些基本开发方法。
最后，能够独立开展并行计算领域的应用开发工作。
3、课程目标与学生能力和素质培养的关系：课程思政目标的实施有利于培养学生爱国精神、职业责任感，团队合作、组织、沟通等社会能力。
多核处理器体系结构及并行程序设计
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Floating Point
Integer
Floating Point
Integer
L1 D-Cache and D-TLB
L1 D-Cache and D-TLB
Even 2 floating point threads can be executed at the same time now (per processor) as there are multiple floating point execution units
– 只共享系统总线，独立缓存 – 高性能，资源冲突少
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双核技术 VS. 超线程技术
• 双核是真正意义上的双处理器
– 不会发生资源冲突 – 每个线程拥有自己的缓存、寄存器和运算器
• 一个3.2GHz Smithfiled在性能上并非等同于3.2GHz P4 with HT 的2 倍
Integer
Rename/Alloc uop Queues Schedulers
BTB & I-TLB Decoder
Trace Cache
Floating Point
uCode ROM
2 threads CANNOT be executed at the same time (per processor) if
BTB & I-TLB Decoder
Trace Cache
Floating Point
uCode
ROM
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多核技术与超线程技术的结合
Dual Core
2 threads/socket
Dual Core with Hyper-Threading
基于多核的OpenMp并行程序设计
基 于 多核 的Ｏ ｐ ｅｎＭｐ并 行 程 序 设 计
彭 曦 顾炳根 李展 涛 （桂林理工大学 信 息科 学与工程 学院 广西 桂林 ５４１００４）
摘 要 ： 介绍 多核计算 的出现和 一种面 向共享存储 器的 多处理器 多线程并行 编程语 言ＯｐｅｎＭｐ，然后再 以一个 实例来说 ＂￣ＯｐｅｎＭｐ在多核 下如何进 行并行程 序设 计，通过计算 加速 比说 明使用ＯｐｅｎＭｐ编程后程序 执行效率得 到显著提 高
ＯｐｅｎＭＰ是 一种 面 向共 享存 储器 的多处 理器 多 线程 并行 编程 语 言 ，线 程 间通 过共 享变 量传 递数 据结 果 。ＯｐｅｎＭＰ标 准形 成 于１９９７年 ，它 是一 种ＡＰＩ， 用于 编 写可 移植 的 多线 程应 用 程序 。ＯｐｅｎＭＰ程 序 设计 模 型提 供 了一 组 与平 台无 关 的编 译指 令 、指 导命 令 、 函数 调用 和环 境变 量 ，可 以显 式地 指 导编 译器 如何 以及何 时利 用 应用 程 序 中的 并行 性 。ＯｐｅｎＭＰ通 过对 原有 的 串行 代 码 插 入 一 些 指 导 性 的注 释 ，并 进 行必 要 的修 改 ，可 以 快 速 的 实现 并 行 编 程 ，而 这些 注释 的解 析 由编译 器所 完成 。 目前 ，Ｃ，ｃ＋＋，Ｆｏｒｔｒａｎ语 言都 支 持ＯｐｅｎＭｐ，所 有ＯｐｅｎＭｐ的并 行化 都 是通 过使用 嵌 入到ｃ，ｃ＋＋或 Ｆｏｒｔｒａｎ源 代 码 中 的编 译制 导语 句来 达到 的 。
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ—ｂｌｏｃｋ
ＯｐｅｎＭＰ的所有 编 译指 导 语句 以＃ｐｒａｇｍａ ｏｍｐ开 始 ，其 中ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ部分 就 包 含 Ｏｐｅｎｌｌｅｌ ｆｏｒ、
ｓｅｃｔｉｏｎ、 ｓｅｃｔｉｏｎｓ、 ｓｉｎｇｌｅ、 ｍａｓｔｅｒ、 ｃｒｉｔｉｃａｌ、 ｆｌｕｓｈ、 ｏｒｄｅｒｅｄ，
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》范文
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》篇一一、引言随着科技的快速发展，处理器性能的需求不断提升，传统单核处理器已经难以满足日益增长的计算需求。
因此，多核处理器系统成为了研究的热点。
本文以基于FPGA（现场可编程门阵列）的多核处理器系统为研究对象，对其进行了详细的研究与设计。
二、研究背景及意义FPGA作为一种可编程的硬件设备，具有高度的并行性、灵活性和可定制性，因此被广泛应用于高性能计算、信号处理等领域。
而多核处理器系统则通过集成多个处理器核心，实现了更高的计算性能和更快的处理速度。
将FPGA和多核处理器系统相结合，可以构建出高性能、高灵活性的多核处理器系统，对于提高计算性能、降低功耗、增强系统稳定性等方面具有重要的意义。
三、FPGA多核处理器系统的设计（一）系统架构设计基于FPGA的多核处理器系统主要由多个FPGA芯片组成，每个FPGA芯片上集成了多个处理器核心。
系统采用共享内存的方式，实现了各个处理器核心之间的数据交换和通信。
此外，系统还包含了控制模块、接口模块等部分，以实现系统的整体控制和外部接口的连接。
（二）处理器核心设计处理器核心是FPGA多核处理器系统的核心部分，其设计直接影响到整个系统的性能。
在处理器核心设计中，需要考虑指令集设计、数据通路设计、控制单元设计等方面。
指令集设计需要考虑到指令的兼容性、可扩展性和执行效率；数据通路设计需要考虑到数据的传输速度和带宽；控制单元设计则需要考虑到处理器的控制流程和时序。
（三）系统通信设计系统通信是FPGA多核处理器系统中非常重要的一部分，它涉及到各个处理器核心之间的数据交换和通信。
在系统通信设计中，需要考虑到通信协议的设计、通信接口的选择、通信速度和带宽等方面。
常用的通信协议包括总线协议、消息传递协议等，需要根据具体的应用场景进行选择和设计。
四、系统实现与测试（一）硬件实现在硬件实现阶段，需要根据设计要求选择合适的FPGA芯片和开发工具，完成电路设计和布局布线等工作。
计算机系统结构课程中多核实验的设计
计算机系统结构课程中多核实验的设计摘要：本文在现有最新文献的基础上，设计了计算机系统结构课程中的多核实验，体现在多核技术知识点在课程中的设计安排和多核实验的构建，并探讨了多核实验的设计目标。
关键词：计算机系统结构；多核；FPGA随着计算需求的不断增长，由于复杂的芯片工艺与功耗成本限制，处理器的性能提升从原有的主频提高转为多内核发展。
很快，一些大型机制造厂商，如IBM、Sun开始利用并行计算设计出了多核处理器(例如：IBM推出的CELL异构多核处理器，Sun公司推出的OpenSparc T1开源多核处理器[1])，这些处理器在一块芯片上集成多个计算内核，成倍地提高了计算速度。
2006年，以Intel与AMD为代表的处理器制造商在年初和年底相继推出双核、四核处理器，紧接着，在2007年1月，Intel展示了配置两个四核处理器的八核计算机，这标志多核处理器开始全面进入市场，宣告计算机真正进入多核时代。
所谓“多核(Multi-core)”，即指一块芯片上集成多个处理核，各自拥有独立的控制和计算部件，无需共享关键资源。
多核技术的发展给大学计算机教育带来新的课题，即在多处理器环境下，计算机系统结构、计算机操作系统、编译原理和应用软件的编程模型等都发生了很大的变化，促使大学计算机的教学需要做出针对性的变化。
计算机系统结构(Computer Architecture)，作为研究计算机系统结构演化以及影响计算机硬件与软件系统设计的一门重要课程，在介绍计算机系统结构原理、分析设计方法、性能评价、发展趋势和新的实现技术上，需要增加多核技术这个重要的新知识点。
在过去相当长的一段时间里，由于不具备开设计算机系统结构和多核技术相关实验的硬件平台和软件环境，国内很多高校开设计算机系统结构课程时均未开设该课程的实验，特别是多核技术方面的实验，以至于学生没有实验教学和体验式实践而很难掌握该课程的知识。
为了更好地应对新的“多核”时代，电子科技大学的计算机科学与工程学院、信息与软件工程学院(原示范性软件学院)从2007年开始在计算机系统结构课程教学中引入多核技术。
IPP程序设计-第七章
武汉大学 电子信息学院
What is IPP?
Integrated Performance Primitives 集成性能基元
主要内容
Intel IPP简介 编程基础 编程示例
IPP简介
面向Intel处理器和芯片的函数库
信号处理，图像处理，多媒体，向量处理等
10. Speech Recognition
11. Data Compression
12. Cryptography 13. String Processing
* Intel IPP crypto usage in Open SSL* * “ippgrep” – regular expression matching
Intel IPP is suitable for a very wide range of applications
• Video broadcasting, Video/Voice Conferencing
• Consumer Multimedia • Medical Imaging, Document Imaging • Computer Vision /Object Tracking / Machine Learning • Databases and Enterprise Data Management • Information Security • Embedded Applications • Mathematics and Science
Integrated Performance Primitives (IPP)
Itanium® Architecture Pentium® II processor Pentium® III processor Pentium® 4 processor Xeon™ processor
2009并行计算与多核程序设计03-04并行计算基础
并行性措施及困难
一、并行性措施
时间重叠：时间上错开，轮流重叠使用硬件：如流水线 资源重复：空间重叠，以量取胜 资源共享：多用户按时间顺序轮流使用同一套资源：如分时系统 任务分配非常困难
二、并行性困难
可并行性：任务的并行性划分和分发
算法对并行性的限制
算法不仅与问题有关，还与硬件有关
/fatlab
(a)二叉树
(b)星形连接
(c)二叉胖树
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网络参数
/fatlab
浙 江 大 学 软 硬 件 协 同 设 计 实 验 室
静态互连网络与动态互连网络
静态互连网络
处理单元间有着固定连接的一类网络，在程序执行期 间，这种点到点的链接保持不变；典型的静态网络有 一维线性阵列、二维网孔、树连接、超立方网络、立 方环、洗牌交换网、蝶形网络等 用交换开关构成的，可按应用程序的要求动态地改变 连接组态；典型的动态网络包括总线、交叉开关和多 级互连网络等。
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浙 江 大 学 软 硬 件 协 同 设 计 实 验 室
静态互连网络----二维网孔
N×N二维网孔（2-D Mesh）
/fatlab
每个节点只与其上、下、左、右的近邻相连（边界节点除外）， 节点度为4，网络直径为 2N-1，对剖宽度为N 在垂直方向上带环绕，水平方向呈蛇状，就变成Illiac网孔了，节 点度恒为4，网络直径为N-1，而对剖宽度为2N 垂直和水平方向均带环绕，则变成了2-D环绕（2-D Torus）， 节点度恒为4，网络直径为2[N/2]，对剖宽度为2N
处理机之间的通信开销限制
当通信开销大时并行处理技术得不偿失
基于MPICH的多核并行程序设计
消息传递编程模型 ， 义了一个 实现消息传递模 型标准 的程 定
序库 ， 最终 目的是服务于进程 问通 信这一 目 标 。Ｍ Ｉ 并 Ｐ合
了包括异构性管理 、 模块化 程序创 建 、 迟 （ 步操作 ） 理 延 异 管
以及全局操作 （ 集合操作 ） 等各方面 的复杂支持 ， 成功地成 为 并行计算机的标准编程模型 Ｊ 。 ＭＰＣ ＩＨ是一种最 重要 的 ＭＰ Ｉ实现 ， 版 本开 发 与 ＭＰ 其 Ｉ 规范制定 同步 ， 现行 最新版本为 Ｍ Ｉ Ｈ ＰＣ ２—１０ ８ 可以从 ｈ— ．． ， ｔ
力 。在 这种 背景 下 ， 主 流 处 理 器 厂 商 纷 纷 将 产 品 战 略 从 提 各
ＭＰＣ Ｉ Ｈ是 ＭＰ 一２的完全实 现。ＭＰＣ Ｉ ＩＨ除包 含 ＭＰ 函数库 Ｉ 之外 ， 还包含 了一套程 序设计 与运行环 境 （ 包括 并行性 能可
视化分 析 工 具 和 性 能 测 试 工具 等 ） 支 持 Ｕ Ｉ Ｌｎｘ和 ， Ｎ Ｘ、 ｉｕ
核 的存 在 ， 需要 把 软 件 设 计 成 多 进 程 ， 且 将 这 些 进 程 与 底 并
其 主要特 点是 ： 开放源码 ； 高效率 、 ① ② 可移植性好 、 功能强 大 ； 支持 多核 （ ｌ—ｏ ） 多程序 多数据 （ ｕｔ ｌ ｐｏｒ ③ Ｍｕｔｃｒ 、 ｉ ｅ ｍ ｌｐｅ ｒｇａ ｉ ｍ
个原因 ： 一是半导体 工艺 的逐渐 提高 ； 二是 处理器 体系结 构 的不断发展。但 是 ， 进入 ２ 世纪 以来 ， ｌ 传统 的处理器体 系结
构技术 已面临瓶颈 ， 处理器集成 的晶体 管数 目已经超 过上亿
个， 很难单纯通过提 高主频 来提 升性能 ， 而且 主频 提高 的同 时也带来 功耗 的增加 ， 从而直接促使处理器 从单核 向多 核发 展。另一 方面 ， 日益 复杂 的多媒体 、 学计算 、 业智 能 、 科 商 数 据挖掘 、 图像处理等多个应用领域都呼唤更 为强大 的计算 能
《2024年基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》范文
《基于FPGA的多核处理器系统的研究与设计》篇一一、引言随着科技的发展，多核处理器系统在各个领域的应用越来越广泛。
FPGA（现场可编程门阵列）作为一种可定制的硬件设备，具有高速度、低功耗和灵活性等优点，被广泛应用于高性能计算、图像处理、网络通信等领域。
本文旨在研究并设计一个基于FPGA的多核处理器系统，以提高系统的处理能力和效率。
二、多核处理器系统概述多核处理器系统是指在一个芯片上集成多个独立的处理器核心，通过共享缓存和总线等资源实现协同工作。
这种系统具有高并行性、高处理能力和低功耗等优点，被广泛应用于高性能计算、人工智能、大数据处理等领域。
三、FPGA技术及其优势FPGA是一种可编程的硬件设备，其内部包含大量的逻辑门电路和可配置的连接关系。
通过编程，FPGA可以实现各种复杂的数字电路和系统。
与传统的处理器相比，FPGA具有以下优势：1. 高速度：FPGA采用并行计算的方式，可以同时处理多个任务，具有极高的处理速度。
2. 低功耗：FPGA的功耗较低，适用于需要长时间运行的设备。
3. 灵活性：FPGA具有可编程性，可以根据不同的需求进行定制化设计。
四、基于FPGA的多核处理器系统设计基于FPGA的多核处理器系统设计主要包括以下几个方面：1. 系统架构设计：根据需求确定系统的核心数量、缓存大小、总线结构等参数。
2. 处理器核心设计：设计多个独立的处理器核心，每个核心具有独立的寄存器、ALU（算术逻辑单元）和寄存器文件等。
3. 共享资源设计：设计共享的缓存和总线等资源，实现多个核心之间的协同工作。
4. FPGA编程与实现：使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）对系统进行编程，并将程序烧录到FPGA芯片中。
五、系统实现与测试在完成系统设计后，需要进行实现与测试。
具体步骤如下：1. 编译与烧录：使用FPGA开发工具对程序进行编译，并将编译后的程序烧录到FPGA芯片中。
2. 功能测试：对系统进行功能测试，验证各个模块的功能是否正常。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。