Intel多核程序設(shè)計(jì)

Intel多核程序設(shè)計(jì)(Forundergraduatestudents)March,2013IntroductionofTheCourseNameofthecourse

intelMulti-coreProgramming(X040043)Classhour:32Coursecredit:2

Courseevaluation:Homework:15%

Experiment:25%

FinalExam:60%(Open-booktest)

Deadlineforyourworkinthesemester:Homeworkduedates:attheendofthe16thweek教材：《多核程序設(shè)計(jì)》，ISBN9-787302-158356，清華大學(xué)出版社，2007

參考書(shū)：[1]《多核程序設(shè)計(jì)技術(shù)-通過(guò)軟件多線程提升性能》，電子工業(yè)出版社,2007[2]張先俊，等.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu).人民郵電出版社，2006第一章多核技術(shù)導(dǎo)論第二章并行計(jì)算基礎(chǔ)第三章線程的基本概念第四章Windows多線程編程及調(diào)優(yōu)第八章多核軟件工具介紹實(shí)驗(yàn)環(huán)境硬件：英特爾多核計(jì)算機(jī)：雙核酷睿2軟件：Visualstudio2003/2005IntelC++compiler10.0forlinux&forwindowsIntelMKL9.1forLinux&WindowsIntelThreadChecker3.1forLinux&WindowsThreadProfiler3.1forWindowsVtune9.0forWindows&LinuxContact

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第一章多核技術(shù)導(dǎo)論1.1微處理器發(fā)展史1945年，世界上第一臺(tái)全自動(dòng)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC計(jì)算機(jī)的發(fā)展按照硬件工藝可以分為第一代（1945-1954）：電子管,繼電器;第二代（1955-1964）：晶體管,磁存儲(chǔ)器;第三代（1965-1974）：SSI/MSI;第四代(1975-1990）：LSI/VLSI;第五代(1991-）：ULSIIntel微處理器第一代微處理器(4位)：英特爾4004,8008第二代微處理器(8位)：采用NMOS工藝,采用匯編語(yǔ)言、BASIC、Fortran編程，使用單用戶(hù)操作系統(tǒng)。如英特爾8080,8085。第三代微處理器(16位)：以1978年英特爾的8086出現(xiàn)為起點(diǎn)。第四代微處理器(32位)：運(yùn)算模式包括實(shí)模式、保護(hù)模式和“虛擬86”。英特爾80386DX,80486,Pentium4…Intel微處理器1971年，第一款微處理器40041978年，英特爾公司80861979年，英特爾公司又開(kāi)發(fā)出了80881981年，美國(guó)IBM公司將8088芯片用于其研制的PC機(jī)1982年，英特爾公司研制出了80286微處理器1985年10月17日，英特爾80386DX正式發(fā)布1989年，英特爾推出80486芯片1993年，新一代586CPU問(wèn)世1996年底，多能奔騰PentiumMMX1998年，奔騰二代PentiumII、至強(qiáng)微處理器Xeon、賽揚(yáng)Celeron1999年春，英特爾公司PentiumIII奔三2000年，英特爾公司Pentium4，奔四2002年，英特爾超線程技術(shù)（HT，Hyper-Threading）

2005年4月18日，英特爾全球同步首發(fā)奔騰D處理器微處理器體系結(jié)構(gòu)的前景多路超標(biāo)量處理器超級(jí)猜測(cè)處理器同時(shí)執(zhí)行多處理器路徑處理器向量IRAM處理器單片多處理器原處理器當(dāng)前的處理器單處理器單片多處理器編程差異Single-ChipMultiprocessor，CMP1.2片上多核處理器架構(gòu)片上多核處理器（ChipMulti-Processor，CMP）將多個(gè)計(jì)算內(nèi)核集成在一個(gè)芯片中的處理器。1.2.1多核芯片

CPU1

CPU2MemoryFrontSideBus(FSB)

CPU1

CPU2MemoryFrontSideBus(FSB)CacheLineShippingL2CacheLine~Halfaccesstomemory

CPU2

CPU1MemoryFrontSideBus(FSB)CacheLineCPU核心數(shù)據(jù)共享與同步總線共享Cache結(jié)構(gòu)：每個(gè)CPU內(nèi)核擁有共享的二級(jí)或三級(jí)Cache，用于保存比較常用的數(shù)據(jù)，并通過(guò)連接核心的總線進(jìn)行通信。基于片上互連的結(jié)構(gòu)：每個(gè)CPU核心具有獨(dú)立的處理單元和Cache，各個(gè)CPU核心通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)或片上網(wǎng)絡(luò)等方式連接在一起。1.2.2多核芯片體系結(jié)構(gòu)根據(jù)計(jì)算內(nèi)核的對(duì)等與否，CMP可分為同構(gòu)多核和異構(gòu)多核.(1)同構(gòu)多核Inter-CoreBusInterfacePentiumDwith975XChipsetMemoryControllerHubI/OControllerHubDDR2MemoryPCIExpressx166PCI4SerialATAPorts6PCIExpressx1High-DefinitionAudio2PCIExpressx8orDMI(2GB/s)1066/800MHzFSBCore1L2Cache(forCore1)Core0L2Cache(forCore0)6USB2.0IntelMatrixStorageBIOSSupportIntelPro1000LAN(2)異構(gòu)多核Cell多核處理器結(jié)構(gòu)80核計(jì)算機(jī)80核處理器2007-02-11核心面積275平方毫米主頻3.16GHz電壓0.95V數(shù)據(jù)帶寬1.62Tb/s浮點(diǎn)運(yùn)算能力1.01TFlops相當(dāng)于1萬(wàn)顆10年前的PentiumPro功耗不過(guò)62W比core2duo還低Microarchitecture:Hardwareimplementationmaintaininginstructionsetcompatibilitywithhigh-levelarchitectureExamples:Intel?ArchitectureHistoryProcessors:ProductizedimplementationofMicroarchitectureExamples:*IXA–IntelInternetExchangeArchitecture/EPIC–ExplicitlyParallelInstructionComputingPentium?ProPentium?II/IIIPentium?Pentium?4Pentium?DXeon?Pentium?MArchitecture:InstructionsetdefinitionandcompatibilityEPIC*(Itanium?)IA-32IXA*(XScale)Examples:IntelNetBurst?P5P6BaniasIA32Mobile

MicroarchitectureIntel?NetBurst?+NewInnovationsIntel?Core?MicroarchitectureProcessorsIntel?Core?2Duo/Quad/ExtremeprocessorsIntelApproachWhilesinglecoreperformancehasincreasedduetoclockspeed,increasedcacheandimprovedILPthebiggestperformanceincreaseshavecomefromthethreadlevelparallelism.1ThreadsIntel?Pentium?2ThreadsIntel?Pentium?WithHTIntel?Pentium?DProcessor2Threads4Threads2ThreadsIntel?Core2Duo?Intel?XQ6700*Q42000Q22003Q22005Q32006Q42006StateExecutionUnitsCacheBus80Threads?1.2.3多核技術(shù)是處理器發(fā)展的必然2002年超線程技術(shù)（HT，Hyper-Threading）2005年4月18日奔騰D處理器，第一個(gè)多核AMDK8架構(gòu)IntelCore微架構(gòu)Intel四核AMD四核？PercentofWorldwideMulti-coreProcessor2006–2010SourceProcessordata:IDCWorldwidePCSemiconductor2006–2011MarketForecast1009080706050403020100%DesktopPCMobilePCSeverDesktopPCMobilePCSeverDesktopPCMobilePCSeverDesktopPCMobilePCSeverDesktopPCMobilePCSever20062007200820092010