5.6 多处理器

5.6.1 计算机体系结构

一、单指令流单数据流（SISD）

• 特性

  • 各指令只能并发，不能并行

  • 每条指令处理一两个数据

  • 不是数据级并行技术

• 硬件组成

  • 一个处理器、一个主存储器

  • 实现指令流水线需要多个功能性部件，采用多模块交叉存储器

二、单指令流多数据流（SIMD）

• 特性

  • 各指令只能并发，不能并行

  • 每条指令可以同时处理多个具有相同特征的数据，如for循环数组计算等

  • 是数据级并行技术

• 硬件组成

  • 一个控制部件（CU）

  • 多个执行单元（如ALU）：不同执行单元同时执行一条指令，处理不同数据

  • 多个局部存储器

  • 一个主存储器

三、多指令流单数据流（MISD）

实际并不存在

四、多指令流多数据流（MIMD）

• 特性

  • 指令可以并行

  • 是线程级并行技术

• 进一步分类

  • 多处理器系统

    • 各处理器之间可以访问同一个主存

    • 可以通过主存相互传递数据

    • 多个处理器、一个主存储器

  • 多计算机系统

    • 不能直接访问对方的主存

    • 通过消息传递来共享数据

五、向量处理器

• 特性

  • 是SIMD的变种

  • 处理的数据为向量

  • 擅长向量计算、大型浮点运算等

• 硬件组成

  • 多个处理单元、多组向量寄存器

  • 主存采用多端口同时读取的多模块交叉存储器

  • 需要大容量、集中式的主存储器

5.6.2 多核处理器

即共享内存多处理器（SMP）

• 所有核（处理器）共享一个主存

• 可以通过指令直接访问对方的地址空间

UMA	NUMA
多处理器访问统一内存	优先给CPU分配最接近的内存
运算扩展性差	运算扩展性强
有cache一致性问题

5.6.3 硬件多线程

• 处理器中存在多个IR、功能部件、寄存器组，则可以支持硬件多线程

• 线程切换时不用再花费开销保存和恢复现场

	细粒度线程	粗粒度线程	同时多线程(SMT)
指令发射	每个时钟周期轮流发射 不同线程的指令	连续发射同一线程的 指令	一个时钟周期内发送 多条指令
线程切换频率	一个时钟周期切换一次	仅在流水线阻塞时切换
线程切换代价	低	高，需要重载流水线
并行性	指令级并行 线程间不并行	指令级并行 线程间不并行	指令级并行 线程级并行

超线程就是SMT技术