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發布時間:2020-07-30 18:49  





在計算機體系結構中,CPU 是對計算機的所有硬件資源(如存儲器、輸入輸出單元) 進行控制調配、執行通用運算的核心硬件單元。CPU 是計算機的運算和控制核心。計算機系統中所有軟件層的操作,終都將通過指令集映射為CPU的操作。
由于CPU訪問內存以得到指令或數據的時間要比執行指令花費的時間長很多,因此在CPU內部提供了一些用來保存關鍵變量、臨時數據等信息的通用寄存器。所以,CPU需要提供 一些特定的指令,使得可以從內存中讀取數據存入寄存器以及可以將寄存器數據存入內存。
用戶態的CPU,只允許執行指令集中的部分指令。一般而言,IO相關和把內存保護相關的所有執行在用戶態下都是被禁止的,此外其它一些特權指令也是被禁止的,比如用戶態下不能將PSW的模式設置控制位設置成內核態。
控制器之所以知道數據放哪里、做什么運算(比如是做加法還是邏輯運算?)都是由指令告訴控制器的,每個指令對應一個基本操作,比如加法運算對應一個指令。例如,將兩個MDR寄存器(保存了來自內存的兩個數據)中的值拷貝到ALU中,然后根據的操作指令執行加法運算,將運算結果拷貝會一個MDR寄存器中,后寫入到內存。
用戶態CPU想要執行特權操作,需要發起系統調用來請求內核幫忙完成對應的操作。其實是在發起系統調用后,CPU會執行trap指令陷入(trap)到內核。當特權操作完成后,需要執行一個指令讓CPU返回到用戶態。除了系統調用會陷入內核,更多的是硬件會引起trap行為陷入內核,使得CPU控制權可以回到操作系統,以便操作系統去決定如何處理硬件異常。
每核上的多線程CPU都共享該核的CPU資源。
假設每核CPU都只有一個"發動機"資源,那么線程1這個虛擬CPU使用了這個"發動機"后,線程2就沒法使用,只能等待。
所以,超線程技術的主要目的是為了增加流水線上更多個獨立的指令,這樣線程1和線程2在流水線上就盡量不會爭搶該核CPU資源。所以,超線程技術利用了superscalar(超標量)架構的優點。