一种有效的同时多线程处理器取指控制机制

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DWarn+：一种改进的同时多线程处理器取指策略

度量标准，Ｄｗａｎｒ＋都要明显优于Ｄｒ；同时运行的线程数目大干４时，ｗａｎ相对于Ｄｗａｎ的提高主要体现在存储Ｗａｎ当Ｄｒ＋ｒ
器访问密集的工作负载上，对于所有类型工作负载，Ｗａｎ而Ｄｒ＋相对于ＤｒＷａｎ的平均提高非常有限．
时执行的线程在共享资源的同时也在竞争资源．果一个发生Ｌａｈ如２ｃｃｅ失效的线程长时问占用共享资源，么会导致其他线那
程运行速度减慢，至会因为缺少资源而停顿下来，而降低了ＳＴ处理器的总体性能．了减小Ｌａｈ甚从Ｍ为２ｃｃｅ失效给ＳＭＴ处理
孙彩霞，民选张
（国防科学技术大学计算机学院，湖南长沙４０７）１０３
Ｅｍａｌｃｓｎ９９１３ｃｒ－ｉｘｕｌ７＠６．ｏｌｎ
摘
要：同时多线程（ＭＴ，ｉｌｎｏｓＭｕｔｈｅｄｎ）ＳＳｍｕｔｅｕ１ｔｒａｉｇ处理器通过每个周期同时运行来自多个线程的指令来提高性能．ａｉ同
器性能带来的负面影响，多取指策略被提了出来，ｗａｎ就是其中比较有效的一种．文在Ｄａｎ的基础上进行改进，出许Ｄｒ本Ｗｒ提了Ｄｒ＋取指策略．拟结果表明，同时运行的线程数目不超过４时，论使用ＩＣ作为度量标准还是使用Ｈｍｅｎ作为Ｗａｎ模当无Ｐａ

cpu包括三大模块基础知识

关于CPU和程序的执行1、程序的运行过程，实际上是程序涉及到的、未涉及到的一大堆的指令的执行过程。

当程序要执行的部分被装载到内存后，CPU要从内存中取出指令，然后指令解码(以便知道类型和操作数，简单的理解为CPU要知道这是什么指令)，然后执行该指令。

再然后取下一个指令、解码、执行，以此类推直到程序退出。

2、这个取指、解码、执行三个过程构成一个CPU的基本周期。

3、每个CPU都有一套自己可以执行的专门的指令集(注意，这部分指令是CPU提供的，CPU-Z软件可查看)。

正是因为不同CPU架构的指令集不同，使得x86处理器不能执行ARM程序，ARM程序也不能执行x86程序。

（Intel和AMD都使用x86指令集，手机绝大多数使用ARM指令集）。

注：指令集的软硬件层次之分：硬件指令集是硬件层次上由CPU自身提供的可执行的指令集合。

软件指令集是指语言程序库所提供的指令，只要安装了该语言的程序库，指令就可以执行。

4、由于CPU访问内存以得到指令或数据的时间要比执行指令花费的时间长很多，因此在CPU内部提供了一些用来保存关键变量、临时数据等信息的通用寄存器。

所以，CPU需要提供一些特定的指令，使得可以从内存中读取数据存入寄存器以及可以将寄存器数据存入内存。

此外还需要提供加法、减、not/and/or等基本运算指令，而乘除法运算都是推算出来的(支持的基本运算指令参见ALU Functions)，所以乘除法的速度要慢的多。

这也是算法里在考虑时间复杂度时常常忽略加减法次数带来的影响，而考虑乘除法的次数的原因。

5、除了通用寄存器，还有一些特殊的寄存器。

典型的如：•PC：program counter，表示程序计数器，它保存了将要取出的下一条指令的内存地址，指令取出后，就会更新该寄存器指向下一条指令。

•堆栈指针：指向内存当前栈的顶端，包含了每个函数执行过程的栈帧，该栈帧中保存了该函数相关的输入参数、局部变量、以及一些没有保存在寄存器中的临时变量。

5009职业技能实训(计算机)-0002

5009职业技能实训（计算机）-0002单选（共50题，共100分）1.CPU的主频由外频与倍频决定，在外频一定的情况下，通过( )提高CPU的运行速度，称之为超频。

A 外频B 速度C 主频D 缓存参考答案：B2. 下列属于使用元素的是A点、线、面等元素B 视觉元素的方向、位置、重心、空间关系等C可视形象的大小、形状、色彩、肌理等D设计所表达的涵义、内容、设计的目的和功能参考答案：D3. 将信息系统开发的部分控制权或全部控制权交给从事系统服务的外部开发商的开发方式称为A生命周期法B 原型法C软件包开发法D 外包法参考答案：D4. 在下列4个数中（）数值最大A 56B 80HC 123DD 111101B参考答案：B5. （）是一种插入到软件中并能对运行中出现的软件错误进行修改的程序编码，往往是在漏洞被发现后由软件开发商开发和发布的。

A WINS服务B DNS服务C 设备驱动程序D 软件补丁参考答案：D6. 下列属于机能设计的是A园林设计B 染织设计C 壁画设计D 陶瓷设计参考答案：D7. 在生命周期法进行系统开发时，解决“这个系统要做什么？”的问题是如下哪个阶段的事A系统分析B 系统设计C立项D 编程参考答案：C8. 交换机上（）VLAN是默认可以修改和删除的A2～1001B 1～1001C 1～1002D 2～1005参考答案：A9.（）属于为某种特定目的而设计的计算机。

A专用计算机B 通用计算机C 数模混合计算机D 电子模拟计算机10. 在系统开发中各阶段紧密衔接、顺序完成，每个阶段具有特别转折点和阶段性成果，这样的开发方法称为A生命周期法B 原型法C 面向对象法D 智能法参考答案：A11. 微型计算机系统由（）两大部分组成。

A硬件系统软件系统B 显示器机箱C输入设备输出设备D 微处理器电源参考答案：A12. 最早设计计算机的目的是进行（）问题的科学计算。

A 军事B 管理C 商业D 科研参考答案：A13. 一种从基本需求人手，快速构筑系统原型，通过原型确认需求以及对原型进行改进，最终达到建立系统的目的的方法称为A 生命周期法B 原型法C 面向对象法D 智能法参考答案：B14. CPU的3大生产厂商是Intel，AMD和( )。

同步多线程-(SMT)-技术基础

同步多线程(SMT) 技术基础介绍微处理器设计的发展和我们对速度的需求，诞生了很多新技术并使它们迅速发展，也使现在的以及下一代的处理器的效率和性能都有了提升。

一定的体系结构下，在提高性能、降低开销和指令级并行性（ILP之间）加以平衡，可以降低平均CPI。

同步多线程技术（SMT）是一种体系结构模型，其目的是在现有硬件条件下，通过提高计算能力来提高处理器的性能。

因此，同步多线程技术结合了多重启动处理器（超标量和VLIW）和多线程处理器的思想来增加并行度，进而提高性能。

多重启动处理器可以在一个周期内执行多条（2，4甚至8条）指令，而多线程和多处理器（SMP和CMP）结构可以同时或者在很少的延迟内执行来自不同线程的指令。

SMT结构中，不仅在一周期内启动多条指令，而且也能在同一周期内启动来自相互独立的线程（或上下文）的指令。

在理论上，这种改进运用了指令级并行性（ILP）和线程级并行性（TLP）技术来提高执行功能单元的效率。

同步多线程技术之前的研究多重启动处理器（Multiple Issue Processors）运用在超标量和VLIW上的多重启动处理器，其目的是为了降低平均CPI，通过在一个周期内启动多条指令，充分利用处理器的功能单元。

要想有效利用多重启动处理器资源的关键就是在运行的程序中，发现足够的指令级并行性，通常这种并行性是由硬件决定的。

超长指令字（VLIW）处理器每周期启动固定数目的操作，而这些操作是由编译器决定的。

超标量处理器通常是指“动态调度”（dynamically scheduled）的多重启动处理器，因为他们是通过硬件来发现代码中的并行性。

不同的是，VLIW处理器通常是“静态调度”（statically scheduled）的，因为他们依靠编译器来发现并优化指令级并行性。

无论是动态或是静态调度，如何有效利用多重启动处理器，依赖于发现并利用指令级并行性。

指令级并行性来自同一个上下文环境、程序或线程。

人工智能深度学习技术练习(习题卷1)

人工智能深度学习技术练习(习题卷1)第1部分：单项选择题，共50题，每题只有一个正确答案,多选或少选均不得分。

1.[单选题]Word2vec主要包含两个模型Skip-gram和()?A)GRUB)CCOWC)CBOWD)CBOM答案:C解析:2.[单选题]正态分布特点是（）。

A)一条直线B)中间高两边低C)中间低两边高D)抛物线答案:B解析:难易程度：易题型：3.[单选题]Max pooling是CNN当中的最大值池化操作,其实用法和卷积很类似,( )仍然是[batch, height, width, channels]这种形式A)valueB)shapeC)stridesD)padding答案:B解析:4.[单选题]连续特征数据离散化的处理方法不包括（）。

A)等宽法B)等频法C)使用聚类算法D)使用Apriori算法答案:D解析:难易程度：中题型：5.[单选题]Tf.nn.dropout是TensorFlow里面为了防止或减轻过拟合而使用的函数,它一般用在( )A)卷积层B)全连接层C)池化层D)激活函数层答案:B解析:D)leaky-relu答案:A解析:7.[单选题]Hinton和Bengio、Yann.lecun等提成了一个实际可行的( )框架A)MLB)deep learningC)opencvD)TF答案:B解析:8.[单选题]下列哪一项在神经网络中引入了非线性?( )A)随机梯度下降B)修正线性单元(ReLU)C)卷积函数D)以上都不正确答案:B解析:9.[单选题]提出“人工智能”概念是在（）年A)1955B)1956C)1957D)1958答案:B解析:10.[单选题]CNN卷积神经网络,RNN循环神经网络,( )这三个网络都是TensorFlow中支持并常用的经典网络A)RNNB)XNNC)BNND)LSTM长短记忆算法答案:D解析:11.[单选题]在AlexNet 等典型的卷积神经网络中，随着网络的深度增加,通常有( )A)每层的通道的高度和宽度减少,通道数增加。

西南大学计算机基础和数字电路907复习笔记

第一章计算机与计算思维考纲：科学方法、信息素养、计算思维等跨学科范畴的通用性知识、计算学科在科学研究和知识创新中的重要性认识、计算机技术在问题求解中的重要性认识；了解计算机科学史以及计算机科技史对我们知识创新、科技创新、科学研究方法等方面的启发。

说明：★★代表历年考过的真题；★代表考纲中出现的知识点但还未考过的和与考过的真题类似的但还未考过的知识点；无★代表书上有的知识点，需要了解的知识点，以防万一考到。

后期背诵时可以不看。

★科学：是反映自然、社会、思维等客观规律的分科知识体系。

★科学方法：人们在科学研究过程中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种手段和途径。

包括在理论研究、应用研究等科学活动过程中采用的思路、程序、方法和模式等。

★★信息素养：是指人们利用网络和各种软件工具通过确定、查找、评估、组织和有效地生产、使用、交流信息，来解决实际问题或进行信息创造的能力。

可以从以下4个方面来理解信息素养：信息意识：就是指人的信息敏感程度，是人们在生产和生活中自觉和自发的识别、获取和利用信息的一种心理状态信息知识：是指人们为了获取信息和利用信息而应该掌握的与信息技术相关的知识信息能力：是指利用信息技术来解决领域实际问题或进行信息创造的能力。

信息道德：指信息伦理道德、法律、文化等许多社会人文因素。

★★计算思维：是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。

计算思维的本质是抽象和自动化。

抽象强调的是问题的形式化定义以及建立逻辑模型，而自动化则是逻辑的物理实现，即构建计算机应用系统。

★思维：是人类的高级心理活动，是人的大脑利用已有知识和经验对具体事物进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程。

★★智慧：（狭义的）是高等生物所具有的基于神经器官（物质基础）一种高级的综合能力。

★智慧：从心理学上讲，一般认为从感觉到记忆再到思维这一过程。

★★知识：是符合文明方向的，人类对物质世界以及精神世界探索的结果综合。

聊聊CPU的LOCK指令

聊聊CPU的LOCK指令本⽂转载⾃1.在多线程操作中，可能最经常被提起的就是数据的可见性、原⼦性、有序性。

不管是硬件⽅⾯、软件⽅⾯都在这三⽅⾯做了很⾜的⼯作，才能保证程序的正常运⾏。

之前发表过⼀篇⽂章如果感兴趣的话可以去阅读⼀下，⾥⾯谈到了缓存⼀致性的实现和处理过程，读完之后可以仔细去细想⼀下缓存⼀致性协议到底解决了什么问题。

个⼈理解缓存⼀致性协议解决了CPU层⾯的可见性和⼀致性问题，阅读到这⾥可以在这⾥停下来，仔细回想⼀下缓存⼀致性的原理，它通过监听共享总线上消息，对⾃⼰缓存中的数据修改不同的状态，来保证数据的⼀致性，对⾃⼰缓存中的数据失效后，下次读取会从主存中直接读取最新的数据，可以保证可见性，同时保证各缓存中的数据是⼀致的。

软件的并发编程⼀样，其实除了可见性、有序性，在计算机指令在执⾏的过程中，CPU通过不停地切换线程执⾏，给每个线程分配CPU时间⽚来实现多线程机制，⼀定也会存在原⼦性问题，在计算机层⾯是怎么解决原⼦性问题的，这就我们今天要聊的LOCK#指令，有时也被我们称为总线锁。

指令作⽤在Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual 中的章节LOCK—Assert LOCK# Signal Prefix 中给出LOCK指令的详细解释⼤⾄翻译之后的意思如下在CPU的LOCK信号被声明之后，在此期随同执⾏的指令会转换成原⼦指令。

在多处理器环境中，LOCK信号确保，在此信号被声明之后，处理器独占使⽤任何共享内存。

在不⼤多数IA-32和Inter64位处理器中，锁可能在没有LOCK#信号的时情况下发⽣。

请参阅下⾯的“IA32体系结构兼容性”部分的详细内容。

LOCK前缀只能预加在以下指令前⾯，并且只能加在这些形式的指令前⾯,其中⽬标操作数是内存操作数：add、adc、and、btc、btr、bts、cmpxchg、cmpxch8b，cmpxchg16b，dec，inc，neg，not，or，sbb，sub，xor，xadd和xchg。

队列深度对硬盘性能的影响

队列深度(QueueDepth)对硬盘性能的影响在做性能测试的时候，主机端有时会成为瓶颈。

有时，可能即使弄了很猛的主机，但是测试结果还是达不到最优，可以注意一下主机端对于挂过来的卷的Queue Depth设置。

下面的文章是将硬盘的NCQ技术的，有涉及到这方面的一些基础东西：NCQ技术深度解析：纵观我们电脑中的储存设备，对机械设备驱动性能要求最强的当属硬盘了。

机械设备所固有的属性在很大程度上制约了数据的读取速度，从而影响了硬盘的性能。

要想提升硬盘的性能，我们通常会想到两个最为有效的方法：对硬盘机械的物理性进行改进和硬盘机械的流程顺序添加智能化。

第一种有效方法的实现是以大幅增加产品成本为代价的；而第二种则不同，产品成本的增加在大规模生成的时候几乎可以忽略不计。

而本文所要讨论的命令排序就是属于第二种有效提升硬盘性能的技术。

NCQ技术为SATAⅡ规范中重要组成部分，也是SATAⅡ唯一对性能有关系的技术。

NCQ为Native Command Queuing（本地命令队列）的缩写，其实它仅仅是在以前运用于SCIS的TCQ(Tagged Command Queuing)技术改进而来得。

好了，闲话就不多说了。

让我们一起进入NCQ的旅程中。

NCQ、SCSI TCQ、PATA TCQ和SATA TCQ四者的关系：当读者看到TCQ的时候，可能会感到有些陌生。

TCQ和本文所要谈的NCQ相同，也是一种命令排列技术，而且从严格意义上来讲，NCQ技术也就是在ATA TCQ技术上改进而来的，两者同样支持32级的命令深度，但是NCQ对ATA TCQ在技术上存在的缺陷进行了改进从而与TCQ相区分。

说到这里，我们要对"命令深度"进行一下简单的说明，其实这个概念很简单，它就是指硬盘需要处理的寻址命令的个数；而下面我们提到的"命令深度级数"就是将"命令深度"具体化，比如NCQ最高可以支持命令深度级数为32级，那么换句话说就是，NCQ可以最多对32个命令指令进行排序。

计算机硬件技术基础(第2版) 习题答案耿增民孙思云第2章习题答案

第二章习题答案1．名词解释CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器、控制器和寄存器组构成。

执行单元：执行单元EU是程序中各条指令执行的核心，完成指令译码、运算及其他操作的执行。

执行单元EU从总线接口单元BIU的指令队列缓冲器中取出指令，由EU控制器的指令译码器译码产生响应的操作控制信号送给各部件。

执行单元EU对操作数进行算术运算和逻辑运算，并将运算结果的状态特征保存到标志（状态）寄存器FR（Flags Register）中。

EU 执行单元由算术逻辑单元（ALU）、标志寄存器、通用寄存器组和操作控制器电路等部件组成。

总线接口单元：总线接口单元BIU是CPU在内存和各种I/O接口之间的连接部件，负责CPU 与存储器、I/O端口传送数据，核心功能是控制系统总线。

BIU通过系统总线从内存中提取指令送到指令队列缓冲器中。

CPU执行指令时，总线接口单元要配合EU从指定的内存单元或外设端口中取数据，将数据传送给EU或把EU的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。

或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。

总线接口单元BIU地址加法器、段寄存器、指令队列缓冲器和总线控制电路等部件组成。

指令系统：指令是微处理器执行某种操作的命令，微处理器全部指令的集合称为指令系统。

流水线技术：微处理器的流水线（pipeline）技术是指在程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术。

乱序执行：乱序执行（out-of-orderexecution，也可称为错序执行），是指CPU允许将多条指令不按程序规定的顺序分开发送给各相应电路单元处理的技术。

分支预测：分支预测（Branch Prediction）是指在指令结果出来之前，能够预测到指令是否产生分支转移。

MMX技术：MMX是Multi-media Extension的缩写，中文为多媒体扩展指令集。

MMX是Intel 公司为增强CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的技术，MMX技术是继Intel386(TM)处理器（将体系结构扩展至32位）之后对Intel体系结构的最重要的加强。

一种提高同时多线程VLIW处理器中取指单元吞吐率的方法

万江华。书明陈
ＷＡＮｉｎ－ｕ。ＨＥＮｈ－ｎＪａｇｈａＣＳｕｍｉｇ
（国防科技大学计算机学院。湖南长沙４０７）１０３
（ｃｏｌｆｏｕｅｃｎｅＮｔｎｌｎｖｒｉｆｅｎｅｅｈｏｏｙＣａｇｈ１０３ＣｉａＳｈｏｏｍｐｔＳｉｃ。ａｉａＵｉｓｙＯｆｓｃｎｌ。ｈｎｓａ４０７，ｈｎ）ＣｒｅｏｅｔＤｅＴｇ
Ｖｏ．９Ｎｏ６２０１２，．，０７
文章编号：０７１０２０）６０９— ５１０—３Ｘ（０７０ —０７０
种提高同时多线程ＶＬＷＩ处理器中取指单元ｄｔｍｐｏｅｔｅＴｈｒｕｈｔｏｈｅＭｔｏｏＩｒｖｈｏｇｐｕｆｔＩｓｒｃｉｎＦｅｃｎｔｉｎｔｕｔｏｔｈＵｉｎＳＭＴＶＬＩｏｅｓｒＷＰｒｃｓｏｓ
维普资讯
ＣＮ４ — ２８ＴＰ３１５，／ＩＳ１０ — ３ＸＳＮ０７１０
计算机工程与科学
ＣＯＭＰＵＴＥＮＮＥＲＮＧ＆ＳＥＥＲＥＧＩＥＩ．ＣＩＮＣ
２０年第２卷第６期０７９
个处理器的性能。实验结果表明，该方法使处理器和取指单元的吞吐率均相对提高了１～２，２３而一级程序Ｃｃｅ的ａｈ
失效率则略微增加甚至降低。另外，还能够减少１～２的一级程序Ｃｃｅ访问，而降低了处理器的功耗。它０５ａｈ读从

同步多线程 (SMT) 技术基础

一定的体系结构下，在提高性能、降低开销和指令级并行性（ILP之间）加以平衡，可以降低平均CPI。

同步多线程技术（SMT）是一种体系结构模型，其目的是在现有硬件条件下，通过提高计算能力来提高处理器的性能。

因此，同步多线程技术结合了多重启动处理器（超标量和VLIW）和多线程处理器的思想来增加并行度，进而提高性能。

SMT结构中，不仅在一周期内启动多条指令，而且也能在同一周期内启动来自相互独立的线程（或上下文）的指令。

在理论上，这种改进运用了指令级并行性（ILP）和线程级并行性（TLP）技术来提高执行功能单元的效率。

要想有效利用多重启动处理器资源的关键就是在运行的程序中，发现足够的指令级并行性，通常这种并行性是由硬件决定的。

超长指令字（VLIW）处理器每周期启动固定数目的操作，而这些操作是由编译器决定的。

超标量处理器通常是指“动态调度”（dynamically scheduled）的多重启动处理器，因为他们是通过硬件来发现代码中的并行性。

不同的是，VLIW处理器通常是“静态调度”（statically scheduled）的，因为他们依靠编译器来发现并优化指令级并行性。

无论是动态或是静态调度，如何有效利用多重启动处理器，依赖于发现并利用指令级并行性。

指令级并行性来自同一个上下文环境、程序或线程。

lock实现原理

lock实现原理lock实现原理什么是locklock是一种多线程编程中用来确保在同一时间只有一个线程能够访问共享资源的机制。

它能够防止多个线程同时修改数据，从而保证数据的一致性和可靠性。

lock的使用场景1.多线程环境中的共享资源访问。

2.避免竞态条件（Race Condition）。

3.保护临界区（Critical Section）。

临界区是什么临界区是指一段访问共享资源的代码，只有一个线程可以进入临界区执行代码，其他线程需要等待。

lock机制就是用来保护临界区的。

lock的基本原理1.首先，lock实际上是一个互斥量（Mutex），用来保证在同一时间只有一个线程可以持有锁。

2.当一个线程试图获取锁时，如果锁没有被其他线程持有，该线程可以立即获取锁，并进入临界区执行代码。

3.如果锁已经被其他线程持有，当前线程会进入阻塞状态，等待锁释放。

4.一旦锁被当前线程持有并进入临界区，其他线程在试图获取锁时都会被阻塞。

5.当线程执行完临界区的代码后，会释放锁，让其他线程有机会获取锁并进入临界区。

lock的实现方式lock的实现方式有多种，比较常见的有：1. 互斥量（Mutex）互斥量是一种最基本的锁机制，它提供了两个操作：锁定（lock）和解锁（unlock）。

在进入临界区之前，线程需要先对互斥量进行锁定，以确保只有一个线程能够进入临界区执行代码。

而在临界区执行完后，线程需要对互斥量进行解锁，以便其他线程能够获取锁。

2. 读写锁（ReadWrite Lock）读写锁是一种特殊的锁机制，它允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程进行写操作。

读写锁通常用于读多写少的场景，以提高并发性能。

读写锁内部维护了两个锁：读锁和写锁。

当一个线程获取读锁时，其他线程也可以获取读锁。

但当一个线程获取写锁时，其他线程无法获取读锁或写锁。

3. 信号量（Semaphore）信号量是一种更为复杂的锁机制，它可以用来控制对共享资源的访问权限。