【正文】 這時核 2 申請占用 M，無法占用 M，因為 M 此時被核 1 占用?？偩€上掛的核越多， TL 越大。 ALE 上升沿到來， WR_DATA 上的塊數(shù)據(jù)的首地址鎖入緩存 M 的 ac 中。 若多核處理器為異構處理器，圖 中 Core0 為主核，其余為從核。以握手時鐘的頻率將 X1 值移出至握手線，與其他核的輸出 “線與 ”，同時將握手線電平移入到 Y1。 Core1 與 Core4 這樣通信效率并不高，但是整個多核處理器的任務是按區(qū)分配的，拓撲結構上距離較遠的核與核之間需要通信的概率較低，整個多核處理器的通信效率并不降低。 沈陽理工大學學士學位論文 22 圖 基于 CMC 總線的系統(tǒng)結構 CMC 總線上的各個核可以用 DMA 速度對緩存 M 讀寫數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高效率的核間通信。主核通過外總線與存儲程序指令和數(shù)據(jù)的主存進行數(shù)據(jù)交換，是多核處理器唯一的對外接口。然后選擇 Execute 選項可以執(zhí)行應用程序，同時查看運行結果。至此， Visual C++工程向導已經(jīng)創(chuàng)建了一個空的控制臺工程。 Visual C++的工程向導簡化了工程的創(chuàng)建，出現(xiàn)如圖 所示的畫面。不管使用何種版本，其基本操作大同小異。調(diào)試運行則是專門為驗證某段程序的正確性而進行的。 （ 6）為了增加程序的可讀性，程序中可以加入一些注釋行，例如用 “//”開頭的行。該函數(shù)標志著執(zhí)行應用程序時的起始點。 1 編寫源程序 一個簡單的 C++應用程序 //_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 沈陽理工大學學士學位論文 15 // //_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ include Viod main() { //Output a string cout”This is my first C++ program.”endl。 2 全面兼容 C C++語言保持了 C 簡潔、高效和接近匯編等特點，同時對 C 的類型系統(tǒng)進行了改革和擴充。但是，幾乎沒有人用匯編語言編 寫完整的程序，因為這樣做極其乏味。標準庫提供了標準的輸入 /輸出、字符串、容器（如矢量、列表和映射等）、非數(shù)值運算（如排序、搜索和合并等）和對數(shù)值計算的支持。 C++語言自誕生以來，經(jīng)過開發(fā)和擴充已形成一種完全成熟的編程語言。多核處理器逐漸將完全取代單 核處理器市場地位，也說明了多核處理器是法杖的趨勢。 沈陽理工大學學士學位論文 12 第二，如何降低多核處理器的功耗。有可能多年之后，主流的多核多線程處理器一定能夠具備同步運行越來越多復雜的指令，實踐證明：從單一線程是不具備執(zhí)行復雜的指令， 究其 主要根由，有如下兩個方面的原因：第一個方面的原因是我們在增多多核芯片內(nèi)核時，肯定提高了芯片的絕對成本，前期投入很大，其目標的價值并不一定讓用戶達到預期的滿意度；第二個方面的原因是我們在生產(chǎn)制作芯片時，所需用去的必要時間變得更久，也不一定能達到用戶對處理器性能日益的需求。 NoC 結構只適用于大核模式的多核處理器。這兩種結構在進行數(shù)據(jù)交換時可能會產(chǎn)生競爭現(xiàn)象，可采用總線偵聽協(xié)議的方式來保證數(shù)據(jù)的一致性與完整性。 NoC 設計定義了 5 個協(xié)議層 : 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層和系統(tǒng)層。處理器內(nèi)部每個核都有私有一級緩存 ( L1 Cache)和共享的二級緩存 ( L2 Cache) 。 低通信延遲：由于多個處理器集成在一塊芯片上，且采用共享 Cache 或者內(nèi)存的方式，多線程的通信延遲會明顯降低，這樣也對存儲系統(tǒng)提出了更高的要求。 處理器的同構和異構 多核處理器存在兩種結構形態(tài)：同構和異構，下面本文簡要地說明分析一下同構與異構是多核處 理器芯片的兩種比較流行的結構形態(tài)，在多核處理器的發(fā)展思路上有十分重要的意義。 這主要如下 四個方面的原因： 第一：根據(jù)摩爾定律，傳統(tǒng)的單核處理器不可能達到理想的主頻，而且隨著集成電路、晶體管高速發(fā)展，在制造水準進入 90nm 工藝時代，多核處理器芯片將能更高效發(fā)揮其重要的性能。實際上，在嵌入處理器研究中，雙核心處理器是性價比非常高的一種芯片處理器。 3) 系統(tǒng)所能耗問題現(xiàn)象突出 目前，相對于傳統(tǒng)的單核處理器來說，如果僅僅提升處理主頻，其發(fā)熱量非常大，將消耗非常大的功率，那么其散熱量也就不行了，沒有足夠大，足夠強的冷去風扇，使處理器正常穩(wěn)定地工作。 多核處理器 單核處理器的局限性 傳 統(tǒng)的單核處理器相對于雙核處理器有較多生產(chǎn)、加工、性能、使用等等方面的限性，雙核處理器在各項預算的前提下，才是用戶理想的選擇。在服務器領域，雙核心處理器以其卓越的性能，更低的成本也被大多數(shù)企業(yè)接受。在商業(yè)反面，很多大型公司，很多網(wǎng)絡游戲的代理公司都花了巨資來支持研發(fā)超級計算機，來提高他們的競爭水 平。它把兩個以上的處理器核集成在一塊芯片上，以增強計算性能。對上述三種通信架構進行了性能的折衷，提出了一種新型的多核處理器內(nèi)部核間通信總線 —CMC總線。交叉開關是多通道的數(shù)據(jù)傳輸，相比于單通道的共享總線互聯(lián)結構具有更大的訪問帶寬。討論了目前多核處理器中使用的核間通訊技術，分析了優(yōu)缺點，在此基礎上提出了 CMC 總線。多核處理器融合了未來的發(fā)展趨勢 ,多核處理器必將成為下一代服務器和個人操作平臺的主流 ,因此 ,對多核處理器相關技術的研究具有十分重要的意義。 CMC 總線的設計目標為只需一根握手信號線，簡單的硬件邏輯，并為軟件提供必要的控制接口。這種方式避免了共享總線單一通道的瓶頸和交叉開關固定通道的瓶頸，提高了通道的利用效率，但其代價是大幅增加了軟件開 銷。但由于單核多線程已經(jīng)無法滿足目前需求，隨之在計算機領域也應運而生了一門新興的科技 ——多（內(nèi)）核技術。 多核技術的現(xiàn)狀和前景 自從多核技術新興以來，各行各業(yè)都給予了很高的支持。 ”的窘境。 ”由此可知 Intel 公司已經(jīng)在多核技術方面做好了充分的準備，這也必將導致多核技術將成為主流。簡單點說就是傳統(tǒng)單核處理器的是一個通道，雙核處理器是兩個通道，處理速度比傳統(tǒng)快。 多核處理器的概念 所謂多核心處理器，簡單的說就是在一塊 CPU 基板上集成兩個或兩個以上處理器核心，并且通過并行總線將個處理器核心連接起來。而多核處理器相對于傳統(tǒng)的單核處理器具有更高的并行度，在多核處理器上可以達到多線程、多進程并行，意思就是說在同一時刻處理器上有多個線程和多個進程在并行執(zhí)行。 第四，多核處理器研制設計時間短、技術相對成熟、必要勞動成本低。 表 同構與異構多核處理器比較 同構的多核處理器 異構的多核處理器 主要應用 通用處理器 多用 /專用處理器 主要結構 同構核心，多核 主從式異構核心，眾核 數(shù)據(jù)存儲 寄存器文件、 Cache、內(nèi)存 寄存器文件、 Cache、內(nèi)存 核間互聯(lián) 多總線、交叉開關、格櫥等 多總線、交叉開關、格櫥等 多核處理器的優(yōu)點 和單核處理器相比，多核處理器有著 5 個顯著的優(yōu)點： 邏輯簡單：相對超標量微處理器結構和超長指令字結構而言，單芯片多處理器結構的控制邏輯復雜性要明顯低很多。多核處理器核間通信結構研究目的是使各核之間能夠相互協(xié)作、通信，提高處理器速度、性能。 n 條橫向和 m 條縱向的總線構成的網(wǎng)狀結構使得每一個核能夠和任意一塊 L2 Cache 進行連接，每一條交叉線中的交叉位置等效于一個開關［ 4］。交叉開關是 多通道的數(shù)據(jù)傳輸，相比于單通道的共享總線互聯(lián)結構具有更大的訪問帶寬。這種方式避免了共享總線單一通道的瓶頸和交叉開關固定通道的瓶頸，提高了通道的利用效率，但其代價是大幅增加了軟件開銷，包括報文的分組編碼和重組解碼，這些都要增加軟件時間并占用 L1 Cache 空間來完成。因此尋找高效 的多端口 總線接口 單元（ BIU）結構，將 多核心 對主存的單字訪問轉為更為高效的猝發(fā)（ burst）訪問 。 面臨的挑戰(zhàn) 第一，核間通信是一個難題。我們在對多核處理器研究過程中，發(fā)現(xiàn)軟件體系對單芯片多核處理器有重要的作用和意義。有一位名叫 Bjarne Stroustrup的人卻不滿足于僅僅是生產(chǎn)快速代碼，他卻想面向對象的 C 語言。使用模板，可以設計一個對許多類型的數(shù)據(jù)進行操作的類，而不需要為每個類型的數(shù)據(jù)建立一個單獨的類。算法與語言是獨立的，所以在編程之前必須設計算法，編寫一個快速程序的 沈陽理工大學學士學位論文 14 第一個步驟是設計良好的算法，能以最少的操作步驟得出問題的答案。 C++性能良好，因為他被編譯為機器代碼。 C++面向對象技術的特征主要有封裝性、繼承性和多態(tài)性。文件名最好一定提示作用，能使人聯(lián)想到程序內(nèi)容或功能。 該語句用來在屏幕上輸出一個 “This is my first C++ program.”字符串。 3 運行 根據(jù)運行的不同目的，運行可分為應用運行、測試運行和調(diào)試運行。 Visual C++介紹 Visual C++是美國 Microsoft 公司最新推出的可視化 C++開發(fā)工具，是日前計算機開發(fā)者首選的 C++開發(fā)環(huán)境。工程文件保存了與工程有關的信息。此界面中需要輸入工程的名稱和存放路徑。 圖 新建 C++源程序 沈陽理工大學學士學位論文 20 在該窗口中錄入 C++源程序， 單擊主菜單的 File 下的 Save 以保存文件。 基于 CMC 總線的多核處理器總體結構如圖 所示，平面布局為 33 方格上，編號為 0 ～ 8 共九個核。短總線工作在多主模式，核與核之間的地位相同，任何一個核都可以主動要求總線控制權，并在總線空閑時獲得總線控制權。當 Core1 與其他核的通信完畢時，需要 Core4 傳送來的數(shù)據(jù)， Core1 占用 bus14，從 M14 讀取 Core4 送來的數(shù)據(jù)， Core4 當前工作不受任何影響。核對握手線的驅動是 OD 門，握手線上是外加弱上拉邏輯。 Y1 等于 X0 的核成為占線核， Y1 不等于 X0 的核成為非占線核。表 對圖 中的各個接口信號的流向、位寬、信號的強弱作了具體的描述。 圖 為實現(xiàn) CMC 總線整個核部分硬件結構，圖中的虛線框表示的是三態(tài)門，數(shù)據(jù)地址復用總線按 8 位處理，圖中各個硬件部分的作用在表 中做出說明。 圖 創(chuàng)建程序窗口 準備握手函數(shù) 占線函數(shù) Public Function handset() = 0 HScroll1_Change handsp = f111 End Function 棄線函數(shù) Public Function handclr() = 1 沈陽理工大學學士學位論文 29 HScroll1_Change handsp = f111 End Function 握手函數(shù) Private Sub HScroll1_Change() If = 0 Then f111 = 1 Else f111 = 15 F12 = f222 And f111 If F12 = f111 Then = F12 Else f111 = 15 End Sub 如圖 所示， VB 程序界面 。如表 所示 。這樣的話就可以減少 TL 對該核的時鐘頻率的限制，并且對全局時鐘的偏移不敏感。 W/珚 R 當作門控信號，允許 WR_DATA 上的數(shù)據(jù)鎖入核模塊的存儲單元中。此時 CMC 總線實現(xiàn)的長、短總線的握手邏輯必須多一根握手優(yōu)先信號線。 3) 當 Core Core2 同時異步請求總線。 CMC 總線握手邏輯設計 圖 所示每個核內(nèi)都有三個八位的握手寄存器，握手碼寄存器 X0、握手碼移出寄存器 X握手碼移入寄存器 Y1，握手成功標志位 handshake_ flag。其余的核稱為非占線核，非占線核對總線呈現(xiàn)高阻態(tài)，并且不受總線影響。長總線 bus0x 上所有核共用一個中間緩存，主核運行的操作系統(tǒng)通過長總線為各個 其他核分派程序和數(shù)據(jù)，并讀回運行結果。該總線特點是只用了一根握手線，簡單的硬件邏輯，并為軟件提供必要的控制接口，可實現(xiàn)多核處理器核間的高效通信。 圖 新建 C++源程序文件 在 Files 頁面中選擇 C++ Source File，同時輸入加入工程的 C++程序文件的名稱。選擇 “File”菜單下的 “New”命令項后，出現(xiàn)如圖 所示的畫面。 圖 Visual C++ 集成開發(fā)環(huán)境 Visual C++集成開發(fā)環(huán)境 在 Visual C++環(huán)境中，開發(fā)應用程序的第一步是創(chuàng)建一個工程。 C++程序的開發(fā)環(huán)境 目前，比較流行的 C++程序集成開發(fā)環(huán)境有基于 Windows 平臺的 Microsoft Visual C++和 Borland C++ Builder 以及基于 DOS 平臺的 Turbo C++和 Borland C++