《處理器架構(gòu)與性能》課件

《處理器架構(gòu)與性能》本課程將深入探討處理器架構(gòu)與性能的奧秘，從基礎(chǔ)原理到最新技術(shù)，帶您領(lǐng)略計(jì)算世界的核心力量。課程目標(biāo)了解處理器架構(gòu)的基本概念掌握處理器性能分析方法學(xué)習(xí)處理器優(yōu)化技巧認(rèn)識(shí)處理器發(fā)展趨勢(shì)處理器發(fā)展歷程1早期馮·諾依曼架構(gòu)2集成電路技術(shù)的應(yīng)用3多核處理器的興起4云計(jì)算和移動(dòng)計(jì)算基本處理器結(jié)構(gòu)控制單元算術(shù)邏輯單元寄存器組內(nèi)存接口指令集體系結(jié)構(gòu)RISC精簡(jiǎn)指令集CISC復(fù)雜指令集流水線技術(shù)取指令從內(nèi)存獲取指令解碼將指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼執(zhí)行執(zhí)行指令操作寫(xiě)回將結(jié)果寫(xiě)入寄存器超標(biāo)量處理1多條指令同時(shí)執(zhí)行2提高指令吞吐量3減少指令執(zhí)行時(shí)間分支預(yù)測(cè)1預(yù)測(cè)分支跳轉(zhuǎn)2減少流水線停頓3提高執(zhí)行效率亂序執(zhí)行1指令重排序提高指令執(zhí)行效率2保證程序語(yǔ)義使用數(shù)據(jù)依賴關(guān)系緩存層次結(jié)構(gòu)L1緩存最快、容量最小L2緩存比L1緩存速度慢、容量更大L3緩存比L2緩存速度更慢、容量最大存儲(chǔ)器性能優(yōu)化緩存局部性數(shù)據(jù)預(yù)取存儲(chǔ)器對(duì)齊多核處理器并行計(jì)算基礎(chǔ)任務(wù)并行將任務(wù)分解為多個(gè)子任務(wù)數(shù)據(jù)并行對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理線程級(jí)并行線程創(chuàng)建創(chuàng)建多個(gè)線程線程調(diào)度分配線程到處理器線程同步協(xié)調(diào)線程間通信數(shù)據(jù)級(jí)并行SIMD指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)同時(shí)操作并行加速提高數(shù)據(jù)處理速度SIMD指令集SSEAVXNEONGPU處理架構(gòu)1并行計(jì)算單元2高帶寬內(nèi)存3圖形渲染4通用計(jì)算異構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)1CPU通用計(jì)算2GPU并行加速3FPGA可編程邏輯能量高效設(shè)計(jì)1動(dòng)態(tài)電壓縮放降低電壓，減少功耗2功耗感知調(diào)度根據(jù)負(fù)載調(diào)整功耗性能評(píng)價(jià)指標(biāo)CPI每條指令平均時(shí)鐘周期數(shù)MIPS每秒百萬(wàn)條指令FLOPS每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)基準(zhǔn)測(cè)試分析SPECLINPACKGeekbench性能優(yōu)化技巧代碼重構(gòu)優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)緩存優(yōu)化提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)效率并行化利用多核處理器總線與接口PCIExpress高速數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)SB通用串行總線SATA存儲(chǔ)器接口處理器先進(jìn)特性超線程技術(shù)提高線程并發(fā)能力矢量處理對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行操作安全機(jī)制保護(hù)系統(tǒng)安全發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)1量子計(jì)算2人工智能芯片3芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化4功耗與性能平衡經(jīng)典處理器案例英特爾奔騰首個(gè)面向消費(fèi)者的處理器AMDAthlon挑戰(zhàn)英特爾市場(chǎng)地位蘋(píng)果M1高性能移動(dòng)處理器ARM處理器架構(gòu)低功耗高效性移動(dòng)設(shè)備x86處理器架構(gòu)PC桌面和筆記本電腦服務(wù)器數(shù)據(jù)中心RISC-V處理器架構(gòu)1開(kāi)放指令集2可定制化3未來(lái)發(fā)展?jié)摿μ幚砥鬈浖?操作系統(tǒng)管理硬件資源2驅(qū)動(dòng)程序控制硬件設(shè)備3應(yīng)用軟件提供