Intel多核程序设计

Intel多核程序设计(Forundergraduatestudents)March,2013IntroductionofTheCourseNameofthecourse

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

Courseevaluation:Homework:15%

Experiment:25%

FinalExam:60%(Open-booktest)

Deadlineforyourworkinthesemester:Homeworkduedates:attheendofthe16thweek教材：《多核程序设计》，ISBN9-787302-158356，清华大学出版社，2007

参考书：[1]《多核程序设计技术-通过软件多线程提升性能》，电子工业出版社,2007[2]张先俊，等.计算机系统结构.人民邮电出版社，2006第一章多核技术导论第二章并行计算基础第三章线程的基本概念第四章Windows多线程编程及调优第八章多核软件工具介绍实验环境硬件：英特尔多核计算机：双核酷睿2软件：Visualstudio2003/2005IntelC++compiler10.0forlinux&forwindowsIntelMKL9.1forLinux&WindowsIntelThreadChecker3.1forLinux&WindowsThreadProfiler3.1forWindowsVtune9.0forWindows&LinuxContact

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第一章多核技术导论1.1微处理器发展史1945年，世界上第一台全自动电子数字计算机ENIAC计算机的发展按照硬件工艺可以分为第一代（1945-1954）：电子管,继电器;第二代（1955-1964）：晶体管,磁存储器;第三代（1965-1974）：SSI/MSI;第四代(1975-1990）：LSI/VLSI;第五代(1991-）：ULSIIntel微处理器第一代微处理器(4位)：英特尔4004,8008第二代微处理器(8位)：采用NMOS工艺,采用汇编语言、BASIC、Fortran编程，使用单用户操作系统。如英特尔8080,8085。第三代微处理器(16位)：以1978年英特尔的8086出现为起点。第四代微处理器(32位)：运算模式包括实模式、保护模式和“虚拟86”。英特尔80386DX,80486,Pentium4…Intel微处理器1971年，第一款微处理器40041978年，英特尔公司80861979年，英特尔公司又开发出了80881981年，美国IBM公司将8088芯片用于其研制的PC机1982年，英特尔公司研制出了80286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，新一代586CPU问世1996年底，多能奔腾PentiumMMX1998年，奔腾二代PentiumII、至强微处理器Xeon、赛扬Celeron1999年春，英特尔公司PentiumIII奔三2000年，英特尔公司Pentium4，奔四2002年，英特尔超线程技术（HT，Hyper-Threading）

2005年4月18日，英特尔全球同步首发奔腾D处理器微处理器体系结构的前景多路超标量处理器超级猜测处理器同时执行多处理器路径处理器向量IRAM处理器单片多处理器原处理器当前的处理器单处理器单片多处理器编程差异Single-ChipMultiprocessor，CMP1.2片上多核处理器架构片上多核处理器（ChipMulti-Processor，CMP）将多个计算内核集成在一个芯片中的处理器。1.2.1多核芯片

CPU1

CPU2MemoryFrontSideBus(FSB)

CPU1

CPU2MemoryFrontSideBus(FSB)CacheLineShippingL2CacheLine~Halfaccesstomemory

CPU2

CPU1MemoryFrontSideBus(FSB)CacheLineCPU核心数据共享与同步总线共享Cache结构：每个CPU内核拥有共享的二级或三级Cache，用于保存比较常用的数据，并通过连接核心的总线进行通信。基于片上互连的结构：每个CPU核心具有独立的处理单元和Cache，各个CPU核心通过交叉开关或片上网络等方式连接在一起。1.2.2多核芯片体系结构根据计算内核的对等与否，CMP可分为同构多核和异构多核.(1)同构多核Inter-CoreBusInterfacePentiumDwith975XChipsetMemoryControllerHubI/OControllerHubDDR2MemoryPCIExpressx166PCI4SerialATAPorts6PCIExpressx1High-DefinitionAudio2PCIExpressx8orDMI(2GB/s)1066/800MHzFSBCore1L2Cache(forCore1)Core0L2Cache(forCore0)6USB2.0IntelMatrixStorageBIOSSupportIntelPro1000LAN(2)异构多核Cell多核处理器结构80核计算机80核处理器2007-02-11核心面积275平方毫米主频3.16GHz电压0.95V数据带宽1.62Tb/s浮点运算能力1.01TFlops相当于1万颗10年前的PentiumPro功耗不过62W比core2duo还低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多核技术是处理器发展的必然2002年超线程技术（HT，Hyper-Threading）2005年4月18日奔腾D处理器，第一个多核AMDK8架构IntelCore微架构Intel四核AMD四核？PercentofWorldwideMulti-coreProcessor2006–2010SourceProcessordata:IDCWorldwidePCSemiconductor2006–2011MarketForecast1009080706050403020100%DesktopPCMobilePCSeverDesktopPCMobilePCSeverDesktopPCMobilePCSeverDesktopPCMobilePCSeverDesktopPCMobilePCSever20062007200820092010