Дополнительные сведения о механизме многопоточности Pentium 4 можно почерпнуть в [75, 119, 210].
Однокристальные мультипроцессоры
Многопоточность позволяет добиться существенного повышения производительности при разумных затратах, однако некоторым приложениям нужна значительно большая производительность, и многопоточностью тут уже не обойтись. Для таких приложений существуют мультипроцессорные схемы. Микросхемы, на которых устанавливается два или более процессоров, применяются преимущественно в профессиональных серверах и бытовой электронике. Обо всем этом мы сейчас поговорим.
Гомогенные однокристальные мультипроцессоры
Благодаря развитию технологии СБИС (сверхбольшая интегральная схема), в настоящее время на один кристалл можно установить два или более мощных процессоров. Поскольку такие процессоры всегда обращаются к одним и тем же модулям памяти (кэшу первого и второго уровней и основной памяти), они, как мы выяснили в главе 2, считаются единым мультипроцессором. Как правило, они устанавливаются в крупных фермах веб-серверов. При совместном размещении двух процессоров, разделении ресурсов памяти, дисковых и сетевых интерфейсов производительность сервера во многих случаях можно удвоить, причем расходы на это возрастут в значительно меньшей степени (так как даже если мультипроцессор будет стоить в два раза больше обычного процессора, не стоит забывать, что его цена составляет лишь небольшую часть общей стоимости системы).
Для малых однокристальных мультипроцессоров имеются два типовых проектных решения. В первом из них (рис. 8.8, а) присутствует одна микросхема и два конвейера — таким образом, скорость исполнения команд теоретически удваивается. Во втором решении (рис. 8.8, б) в микросхеме предусмотрено два независимых ядра, каждое из которых содержит полноценный процессор. Ядром называется большая микросхема (например, процессор, контроллер ввода-вывода или кэш-память), которая размещается на микросхеме в виде модуля, как правило, вместе с несколькими другими ядрами.
Рис. 8.8. Однокристальные мультипроцессоры: микросхема с двумя конвейерами (а);
микросхема с двумя ядрами (б)
Первое решение допускает совместное потребление ресурсов (таких как функциональные блоки) процессорами; иными словами, каждый процессор может обращаться к ресурсам, не затребованным другим процессором. Второе решение требует изменения конструкции микросхемы и не предусматривает более двух процессоров. Здесь следует заметить, что разместить на одной микросхеме два или несколько ядер процессоров не так уж сложно.
Далее по мере изложения мы еще вернемся к теме мультипроцессоров. В этой главе мы в основном рассматриваем темы, относящиеся к мультипроцессорам на основе однопроцессорных микросхем, но многие из них применимы и к микросхемам с несколькими процессорами.
Гетерогенные однокристальные мультипроцессоры
Помимо серверов, однокристальные мультипроцессоры используются во встроенных системах — по большей части в аудиовизуальной бытовой электронике: телевизорах, БУБ-плеерах, видеокамерах, игровых приставках, сотовых телефонах и т. д. Подобные системы отличаются повышенными требованиями к производительности и жесткими ограничениями. Несмотря на различия во внешнем виде, по существу, эти устройства представляют собой миниатюрные компьютеры с одним или несколькими процессорами, модулями памяти, контроллерами и специализированными устройствами ввода-вывода. К примеру, сотовый телефон — это компьютер, оснащенный процессором, памятью, компактной клавиатурой, микрофоном, системой воспроизведения звукового сигнала и беспроводным сетевым адаптером.