我花了一些时间研究 Flynn 的分类法,但有一个方面我还是搞不明白。我了解了硬件多线程的以下几个方面:细粒度、粗粒度和同步多线程。后者是英特尔使用的,称为超线程。
至少对于同时多线程,我知道英特尔的超线程实现给人一种拥有比实际内核更多的内核的错觉。我知道同时多线程是通过使用动态多发射执行模型作为基础来实现的。现在,同时多线程可以在同一时间步骤处理多个线程。但这是否意味着它有多个指令流,因此是 MIMD?我对其他类型的多线程(粗粒度和细粒度)也有同样的疑问。尤其是因为维基百科对 MIMD 的描述是:“使用 MIMD 的机器有许多异步和独立运行的处理器内核”
谢谢你帮我解决这个问题!
两者都不。
SIMD和MIMD在处理器内的指令级别上运行,而不是围绕处理器核心的多线程,并向系统呈现两个处理器核心。
核心内的MIMD表示具有多个能够同时执行指令的执行单元。虽然多个处理器在概念上看起来像 MIMD,但它并不是真正的意图。
作为 Wikipedia Skylake(微架构)架构与 Broadwell 微架构相比的变化示例,您可以看到单个处理器的核心。在该核心中,指令被解码为一个或多个 uOP(特定于处理器微架构的微操作指令),然后从那里推送到调度程序:
EU 是执行单元,它们可以同时接收数据和指令。这是 MIMD 领域。多个指令和数据被分派到核心内的多个单元。多个指令同时处理多个数据。
另一方面,SIMD 的工作原理是将多条数据放入一个非常宽的寄存器或一组寄存器中,然后一条指令触发对它们并行应用的计算。这可能是数学矩阵乘法或类似运算。一条指令对多位数据进行一组计算。
超线程在处理器核心之外运行。它位于前端、调度程序和执行单元之外,并向外界呈现单独保存的处理器状态。当处理器中的一个线程停滞或无法有效利用 EU 时,它可以从第二个线程输入指令来填补空白。
SIMD/MIMD 与多线程或超线程截然不同。
如果每个 HT“线程”都显示为单独的逻辑 CPU,那么它的行为也像单独的逻辑 CPU——它有自己的寄存器和自己的指令指针,因此也有自己的指令流。因此,按照您的分类,它将是 MIMD 的一种形式。
x86 上的超线程是这样设计的,当首次推出具有 HT 的 CPU 时,当时的操作系统并不知道它是什么,但仍然可以使用 HT CPU,就好像它们只是在多核(或多 CPU)系统上运行一样,在每个 HT 线程上调度不同的进程,就像使用独立的 CPU 核心一样。
(尽管由于硬件线程共享它们所处核心的某些组件,支持 HT 的调度程序可以做出更好的决策,比如如果可以使用单独的核心,则避免将进程放在同级线程上……但重点是 HT 的设计使得即使不支持 HT 的操作系统仍然可以使用它。)