计算机数据科学读书报告,计算机体系结构读书报告.doc

摘要：随着计算机处理器性能的不断提高，多核处理器以其结构简单、性能好、集成度高、低功耗逐渐成为主流的处理器结构。本文从Amdahl定律、功耗、性能等因素对多核处理器进行分析讨论，下面开始展开进行具体阐述。

关键词：多核处理器 Amdahl定律 功耗 性能

Abstract: As continue improving of computer processor, multi-core processor has become the main architecture of processors for its simple structure, good performance, high integration and low power. In this paper, Amdahl’s law, power, performance and other factors discussed on multi-core processors, the following were specifically addressed to commence.

Key words: multi-core Amdahl’s law power performance

1.概述

二十世纪以来计算机科学与技术的飞速发展，使得软件性能不断提高，硬件成本不断降低。在过去的很多年里，软件性能的提升很大程度上源自处理器速度的增长。然而任何事物都有一定的极限，当我们不断提高主频使处理器速度逐渐逼近物理极限，导致处理器内部热量不断增加直至核心熔化时，我们仿佛又到达了一个瓶颈。这时，硬件工程师们想出了个不是办法的办法：既然不能提高单 个核心的速度，那就在一个处理器里面封装多个核心。于是多核处理器的时代来临了。

多核处理器究竟能提高多大的速度？Mark D. Hill 和 Michael R. Marty教授在他们的文章《Amdahl’s Law in the Multicore Era》中利用Amdahl定律对对称多核处理器、非对称多核处理器和动态多核处理器进行定量的分析，最终得到了多核处理器在性能提高上的一些结论。本文从Amdahl定律、功耗、性能等因素对多核处理器进行分析讨论，下面开始展开进行具体阐述。

2.多核处理器的定义

根据我的理解，所谓的多核处理器，就是将两个或多个独立运行的内核集成于同一个处理器上面，从而做成的集成处理器。

多核处理器有很多种。同一处理器内部所封装的核心如果体系结构相同，且对存储、I/O等资源的访问具有同等的地位，则为对称多核处理器。同一处理器内部所封装的核心如果体系结构不同，或者角色不同，则为非对称多核处理器。

如果一个多核处理器可以在顺序模式和并行模式之间动态地转化，则为动态多核处理器。三种多核处理器在构造和性能方面有很大不同。

3.多核处理器产生的原因

HYPERLINK "/view/980734.htm" t "_blank" 多核技术的开发源于硬件工程师们认识到，仅仅提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的性能改善，更重要的是，其性价比也令人难以接受，速度稍快的处理器价格要高很多。这就需要一种新的处理器技术。

另一方面，多核技术的产生与摩尔定律有一定的关系。英特尔的创始人之一摩尔最早关于摩尔定律的表述是这样的： HYPERLINK "/view/1355.htm" t "_blank" 集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。最初的摩尔定律其实跟处理器速度没什么关系，只是说处理器上的晶体管数量会翻番。后来的一些年里由于计算机主频速度不断加快，所以摩尔定律就被演绎处理器“主频速度18个月翻一番”的版本。不难分析，摩尔定律实际上是指不断发展和改进处理器的性能：通过最大限度地利用越来越多的晶体管，实现最优的价值；缩减处理时间，提高计算能力；开发平台的新特性和新功能，最终目标是提升用户的体验。

以上两个方面最终促使了了多核处理器的产生。但它还有更深层次的原因。

具体地来说，从处理器设计的三个均衡因素(性能、功耗和成本)进行分析比较，单核的局限性和多核的优势体现得很明显。

从性能上看，单核处理器仅靠主频驱动，主频的大小限制了处理器性能的提高；多核处理器由主频和每时钟周期所执行的指令数来实现，可以从两个角度来提高处理器的性能。

从功耗上看，单核处理器当主频超过2GHZ时功耗超过100W；而多核处理器能平衡性能与功耗。

从成本上看，单核处理器封装和测试的成本占总成本的20%到25%，I/O通常占晶片面积的15%到20%；而多核处理器多核共享封装和I/O时总成本下降。

根据摩尔定律，2001年买的处理器是1G