多核處理器設(shè)計(jì)九大要素過(guò)程的分析[3]

  也許這兩者的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果不是互相取代而是互相合作，例如在全局范圍采用片上網(wǎng)絡(luò)而局部采用總線方式，來(lái)達(dá)到性能與復(fù)雜性的平衡。

  5 總線設(shè)計(jì)

  傳統(tǒng)微處理器中，Cache不命中或訪存事件都會(huì)對(duì)CPU的執(zhí)行效率產(chǎn)生負(fù)面影響，而總線接口單元（BIU）的工作效率會(huì)決定此影響的程度。當(dāng)多個(gè)CPU核心同時(shí)要求訪問(wèn)內(nèi)存或多個(gè)CPU核心內(nèi)私有Cache同時(shí)出現(xiàn)Cache不命中事件時(shí)，BIU對(duì)這多個(gè)訪問(wèn)請(qǐng)求的仲裁機(jī)制以及對(duì)外存儲(chǔ)訪問(wèn)的轉(zhuǎn)換機(jī)制的效率決定了CMP系統(tǒng)的整體性能。因此尋找高效的多端口總線接口單元（BIU）結(jié)構(gòu)，將多核心對(duì)主存的單字訪問(wèn)轉(zhuǎn)為更為高效的猝發(fā)（burst）訪問(wèn)； 同時(shí)尋找對(duì)CMP處理器整體效率最佳的一次Burst訪問(wèn)字的數(shù)量模型以及高效多端口BIU訪問(wèn)的仲裁機(jī)制將是CMP處理器研究的重要內(nèi)容。

  6 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 任務(wù)調(diào)度、中斷處理、同步互斥

  對(duì)于多核CPU，優(yōu)化操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法是保證效率的關(guān)鍵。一般任務(wù)調(diào)度算法有全局隊(duì)列調(diào)度和局部隊(duì)列調(diào)度。前者是指操作系統(tǒng)維護(hù)一個(gè)全局的任務(wù)等待隊(duì)列，當(dāng)系統(tǒng)中有一個(gè)CPU核心空閑時(shí)，操作系統(tǒng)就從全局任務(wù)等待隊(duì)列中選取就緒任務(wù)開(kāi)始在此核心上執(zhí)行。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是CPU核心利用率較高。后者是指操作系統(tǒng)為每個(gè)CPU內(nèi)核維護(hù)一個(gè)局部的任務(wù)等待隊(duì)列，當(dāng)系統(tǒng)中有一個(gè)CPU內(nèi)核空閑時(shí)，便從該核心的任務(wù)等待隊(duì)列中選取恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)執(zhí)行，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是任務(wù)基本上無(wú)需在多個(gè)CPU核心間切換，有利于提高CPU核心局部Cache命中率。目前多數(shù)多核CPU操作系統(tǒng)采用的是基于全局隊(duì)列的任務(wù)調(diào)度算法。

  多核的中斷處理和單核有很大不同。多核的各處理器之間需要通過(guò)中斷方式進(jìn)行通信，所以多個(gè)處理器之間的本地中斷控制器和負(fù)責(zé)仲裁各核之間中斷分配的全局中斷控制器也需要封裝在芯片內(nèi)部。

  另外，多核CPU是一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)。由于不同任務(wù)會(huì)競(jìng)爭(zhēng)共享資源，因此需要系統(tǒng)提供同步與互斥機(jī)制。而傳統(tǒng)的用于單核的解決機(jī)制并不能滿足多核，需要利用硬件提供的“讀－修改－寫(xiě)”的原子操作或其他同步互斥機(jī)制來(lái)保證。

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