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计算机科学速成课第九课:高级CPU设计

2022-09-12 09:02:30  阅读:215  来源: 互联网

标签:缓存 RAM 速成 指令 多核 第九课 数据 CPU


0、概念梳理
  • 缓存:在 CPU 中的小块 RAM,用于存储批量指令。
    •   缓存命中:想要的数据已经在缓存里
    •   缓存未命中:想要的数据不在缓存里
    •   脏位:缓存里每块空间,有个特殊标记,叫脏位,用于检测缓存内的数据是否与 RAM 一致。
  • 多核处理器:一个 CPU 芯片中,有多个独立处理单元。
1、现代 CPU 如何提升性能:

早期通过加快晶体管速度,来提升 CPU 速度。但很快该方法到达了极限。

后来给 CPU 设计了专门除法电路+其他电路来做复杂操作:如游戏,视频解码

2、缓存:

为了不让 CPU 空等数据,在 CPU 内部设置了一小块内存,称为缓存,让 RAM 可以一次传输一批数据到 CPU 中。(不加缓存,CPU 没位置放大量数据)

缓存也可以当临时空间,存一些中间值,适合长/复杂的运算。

脏位:储存在缓存中与 RAM 不一致的数据

空等原因:从 RAM 到 CPU 的数据传输有延迟(要通过总线,RAM 还要时间找地址、取数据、配置、输出数据)。

3、缓存同步:

缓存同步一般发生在 CPU 缓存已满,但 CPU 仍需往缓存内输入数据。此时,被标记为脏位的数据会优先传输回 RAM,腾出位置以防被覆盖,导致计算结果有误。

4、指令流水线:

作用:让取址→解码→执行三个步骤同时进行。并行执行指令,提升CPU性能。

原本需要 3 个时钟周期执行 1 个指令,现在只需要 1 个时钟周期。

设计难点:数据具有依赖性 跳转程序

数据依赖性解决方法:

乱序运行、预测分支(高端 CPU)

5、一次性处理多条指令

6、同时运行多个指令流(多核 CPU)

多核处理器:一个 CPU 芯片中,有多个独立处理单元。但因为它们整合紧密,可以共享一些资源。

7、超级计算机(多个 CPU)

在一台计算机中,用无数个 CPU,做怪兽级的复杂运算,如模拟宇宙形成。

标签:缓存,RAM,速成,指令,多核,第九课,数据,CPU
来源: https://www.cnblogs.com/dollar/p/16685448.html

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