17.4 MULTITHREADING AND CHIP MULTIP

17.4 MULTITHREADING AND CHIP MULTIPROCESSORS
The most important measure of performance for a processor is the rate at which it
executes instructions. This can be expressed as
MIPS rate=f *IPC
where fis the processor clock frequency, in MHz, and IPC(instructions per cycle)
is the average number of instructions executed per cycle. Accordingly, designers
have pursued the goal of increased performance on two fronts: increasing clock frequency and increasing the number of instructions executed or, more properly, the
number of instructions that complete during a processor cycle. As we have seen in
earlier chapters, designers have increased IPC by using an instruction pipeline and
then by using multiple parallel instruction pipelines in a superscalar architecture.
With pipelined and multiple-pipeline designs, the principal problem is to maximize
the utilization of each pipeline stage. To improve throughput, designers have created ever more complex mechanisms, such as executing some instructions in a different order from the way they occur in the instruction stream and beginning execution of instructions that may never be needed. But as was discussed in Section 2.2,
this approach may be reaching a limit due to complexity and power consumption
concerns.
An alternative approach, which allows for a high degree of instruction-level
parallelism without increasing circuit complexity or power consumption, is called
multithreading. In essence, the instruction stream is divided into several smaller
streams, known as threads, such that the threads can be executed in parallel.
The variety of specific multithreading designs, realized in both commercial
systems and experimental systems, is vast. In this section, we give a brief survey of
the major concepts.
Implicit and Explicit Multithreading
The concept of thread used in discussing multithreaded processors may or may not
be the same as the concept of software threads in a multiprogrammed operating
system. It will be useful to define terms briefly:
• Process: An instance of a program running on a computer. A process embodies two key characteristics:
— Resource ownership: A process includes a virtual address space to hold the
process image; the process image is the collection of program, data, stack,
and attributes that define the process. From time to time, a process may
be allocated control or ownership of resources, such as main memory, I/O
channels, I/O devices, and files.
— Scheduling/execution: The execution of a process follows an execution
path (trace) through one or more programs. This execution may be interleaved with that of other processes. Thus, a process has an execution state
(Running, Ready, etc.) and a dispatching priority and is the entity that is
scheduled and dispatched by the operating system.

Kết quả (Việt) 1:

17.4 ĐA LUỒNG VÀ CHIP MULTIPROCESSORSCác biện pháp quan trọng nhất của hiệu suất cho một bộ xử lý là lúc mà nó thực hiện hướng dẫn. Điều này có thể được biểu thị dưới dạngMIPS tỷ lệ = f * IPCnơi fis bộ vi xử lý đồng hồ tần số, MHz, và IPC (hướng dẫn cho mỗi chu kỳ) là số trung bình của hướng dẫn thực hiện cho mỗi chu kỳ. Theo đó, nhà thiết kế đã theo đuổi mục tiêu tăng hiệu suất trên hai mặt trận: tăng tần số đồng hồ và tăng số lượng hướng dẫn thực hiện hoặc hơn đúng cách, các số lượng hướng dẫn hoàn thành trong một chu kỳ bộ xử lý. Như chúng ta đã thấy trong chương trước đó, nhà thiết kế đã tăng IPC bằng cách sử dụng một đường ống dẫn và sau đó bằng cách sử dụng nhiều song song hướng dẫn đường ống dẫn một kiến trúc superscalar. Với thiết kế pipelined và nhiều đường ống, vấn đề chính là để tối đa hóa việc sử dụng của từng giai đoạn đường ống. Để cải thiện thông qua, nhà thiết kế đã tạo ra cơ chế phức tạp hơn bao giờ hết, chẳng hạn như thực hiện một số hướng dẫn theo một thứ tự khác nhau từ cách chúng xảy ra trong dòng hướng dẫn và bắt đầu thực hiện các hướng dẫn mà không bao giờ có thể cần thiết. Tuy nhiên, như đã được thảo luận trong phần 2.2, cách tiếp cận này có thể đạt đến một giới hạn do phức tạp và tiêu thụ điện năng mối quan tâm.Một cách tiếp cận khác, cho phép cho một mức độ cao của hướng dẫn cấp xử lý song song mà không có ngày càng tăng mạch phức tạp hoặc tiêu thụ điện năng, được gọi là đa luồng. Về bản chất, các dòng hướng dẫn được chia thành nhiều nhỏ hơn suối, được biết đến như là chủ đề, chẳng hạn các chủ đề có thể được thực hiện song song.Sự đa dạng của cụ thể thiết kế đa luồng, thực hiện trong cả hai thương mại Hệ thống và thử nghiệm hệ thống, là rất lớn. Trong phần này, chúng tôi cung cấp cho một cuộc điều tra ngắn Các khái niệm lớn.Tiềm ẩn và rõ ràng đa luồngKhái niệm của chủ đề được sử dụng trong thảo luận về bộ vi xử lý multithreaded có thể hoặc có thể không giống như các khái niệm về chủ đề của phần mềm hoạt động multiprogrammed Hệ thống. Nó sẽ là hữu ích để xác định điều khoản một thời gian ngắn:• Quá trình: một thể hiện của một chương trình chạy trên một máy tính. Một quá trình gồm hai đặc điểm chính:-Quyền sở hữu tài nguyên: một quá trình bao gồm một không gian địa chỉ ảo để giữ các quá trình hình ảnh; hình ảnh quá trình là bộ sưu tập của chương trình, dữ liệu, ngăn xếp, và thuộc tính xác định quá trình. Đôi khi, một quá trình có thể là phân bổ kiểm soát hoặc quyền sở hữu tài nguyên, chẳng hạn như bộ nhớ chính, I/O Kênh, I/O thiết bị, và các tập tin.-Lập kế hoạch/thực hiện: thực hiện một quá trình sau thực hiện một con đường (water) thông qua một hoặc nhiều chương trình. Thực hiện này có thể được xen kẽ với các quá trình khác. Vì vậy, một quá trình có một nhà nước thực hiện (Chạy, sẵn sàng, vv.) và một ưu tiên dispatching và thực thể mà là theo lịch trình và đội của hệ điều hành.