多核软件开发技术北大课程

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1、多核软件开发技术第一讲：多核技术导论第二讲：并行计算基础第三讲：网络编程技术第四讲：Windows多线程编程及调优第五讲：Linux多线程编程及调优第六讲：OpenMP多线程编程及性能优化第七讲：MPI编程及性能优化第八讲：多核软件工具介绍多核软件开发技术第一讲：多核技术导论北京大学二零零八年春季*致谢：感谢Intel对本课程项目的资助本讲主要内容•微处理器发展史•并行计算机•超大规模集成电路与系统芯片发展•片上多核处理器架构•芯片组对多核的支持•操作系统对多核处理器的支持方法微处理器发展史计算机与微处理器•19

2、45年，美国研制世界上第一台数字计算机•第一代（1946~1958）：电子管数字计算机•第二代（1958~1964）：晶体管数字计算机•第三代（1964~1971）：集成电路数字计算机•第四代(1971年以后）：大规模集成电路数字计算机4位、8位与16位微处理器•第一代处理器：4位–1971年，英特尔推出微处理器4004–世界上第一款微处理器•第二代处理器：–Intel公司的8080、8085–Zilog公司的Z80–摩托罗拉公司的6800•第三代处理器–Intel公司的8086、8088、80286–Zilog

3、公司的Z8000–摩托罗拉公司的6800032位微处理器•1985年10月17日，英特尔80386DX正式发布•1989年，英特尔推出80486芯片•1993年，586CPU问世：Pentium（奔腾）•2002年，新款IntelPentium4处理器内含超线程技术•2005年4月18日，英特尔首发基于双核技术桌面产品英特尔奔腾D处理器并行计算机并行计算机•由一组处理单元组成•各处理单元之间相互通信与协作•以更快的速度共同完成一项大规模计算任务并行计算机的分类：Flynn分类法根据指令流和数据流的不同组织方式•单

4、指令流单数据流（SingleInstructionstreamSingleDatastream,SISD）•单指令流多数据流（SingleInstructionstreamMultipleDatastream,SIMD）•多指令流单数据流（MultipleInstructionstreamSingleDatastream,MISD）•多指令流多数据流（MultipleInstructionstreamMultipleDatastream,MISD）超级计算机•分布式存储器的SIMD处理机–含有多个同样结构的处理单

5、元（PE）–通过寻径网络以一定方式互相连接–在阵列控制部件的统一指挥下，实现并行操作•向量超级计算机（共享式存储器SIMD）–共享的多个并行存储器通过对准网络与各处理单元PE相连•对称多处理器（SMP）–在一个计算机上汇集了一组处理器–各处理器之间共享内存子系统以及总线结构–工作负载能够均匀地分配到所有可用处理器之上超级计算机•并行向量处理机（PVP）–通过向量处理和多个向量处理器并行处理两条途径来提高处理能力–使用定制的高带宽网络将向量处理器连向共享存储器模块•集群计算机–是一种并行或分布式处理系统–由很多连接

6、在一起的独立计算机组成–像一个单独集成的计算机资源一样协同工作超大规模集成电路与系统芯片发展超大规模集成电路技术•集成电路：采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路•摩尔定律：微芯片上集成的晶体管数目每12个月翻一番系统芯片（SoC）：定义•狭义上：指在一个芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O等功能，包含嵌入软件及整个系统的全部内容•广义上：指一种芯片设计技术，可以实现从确定系统功能开始，到软硬件划分，并完

7、成设计的整个过程IP核•IP核（IP，IntellectualProperty，知识产权）–是具有复杂系统功能的能够独立出售的VLSI块•SoC一般由可设计重用的IP核组成–其IP核应采用深亚微米以上工艺技术SoC的一般构成•逻辑核：–包括CPU、时钟电路、定时器、中断控制器、串并行接口、其它外围设备、I／O端口以及用于各种IP核之间的粘合逻辑等等•存储器核：–包括各种易失、非易失以及Cache等存储器；•模拟核：–包括ADc、DAc、PLL以及一些高速电路中所用的模拟电路SoC的优点•采用内部讯号的传输，降低耗

8、电量•系统整合在一块芯片上，减少体积和重量•在相同面积上整合更多的功能元件和组件，丰富系统功能•芯片内部信号传递的距离缩短，速度提高•IP模块的出现可以减少研发成本，降低研发时间，可适度节省成本片上多核处理器架构多核芯片•IBM在2001年发布双核RISC处理器POWER4–它将两个64位PowerPC处理器内核集成在同一颗芯片上，成为首款采用多核设计的服务器处理器•HP