王小妮

【摘要】 多核綜合實驗在計算機實驗教學(xué)中發(fā)揮了日益重要的作用，對于滿足計算機應(yīng)用和發(fā)展來說，具有十分重要的意義。本文分析了計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗的設(shè)計實現(xiàn)，注重對原有計算機實驗教學(xué)進行創(chuàng)新，以滿足計算機發(fā)展需要。

【關(guān)鍵詞】 計算機系統(tǒng) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 多核 綜合實驗

前言：所謂的“多核”是指一塊芯片上集成多個處理器，這些處理器之間不需要設(shè)置共享關(guān)鍵資源，各自擁有獨立的控制和計算部件。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗的設(shè)計及應(yīng)用，有利于滿足計算機知識學(xué)習(xí)需要，更好地提升計算機應(yīng)用創(chuàng)新能力，使計算機原理和技術(shù)知識更好地被接受和應(yīng)用。

一、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗發(fā)展現(xiàn)狀

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗的發(fā)展，是基于多核技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，多核綜合實驗在滿足實驗教學(xué)方面，也發(fā)揮了重要的作用。多核計算機的出現(xiàn)，具有代表性的廠家為IBM、Sun，其利用計算機理論對多核處理器進行設(shè)計，對多個計算機內(nèi)核進行集成，以提升計算機的計算速度[1]。2007年1月份，Intel配置了2個4核處理器的8核計算機，隨后Intel公司推出了roadmap，主流處理器達到144核，這表明多核計算機技術(shù)手段已經(jīng)被人們掌握，可以應(yīng)用于工作和學(xué)習(xí)當(dāng)中。在對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗應(yīng)用過程中，清華大學(xué)設(shè)計了FPGA的開放式教學(xué)CPU設(shè)計，并利用Windows/Linux進行多核編程實驗；南京大學(xué)配置Altera DE2實驗板，利用硬件描述語言進行CPU設(shè)計；浙江大學(xué)開設(shè)了基于FPGA的CPU設(shè)計和多核編程實驗。隨著計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核化發(fā)展，人們對開展多核綜合實驗工作進行關(guān)注，并紛紛開設(shè)相關(guān)課程，注重提升計算機實驗動手能力，使多核技術(shù)能夠被更好的理解和掌握[2]。

二、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗的設(shè)計實現(xiàn)

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗設(shè)計過程中，需要對多核實驗關(guān)注的知識點予以把握，并且在設(shè)計過程中，保證實驗設(shè)計具有創(chuàng)新性，以滿足實際需要。具體內(nèi)容我們可以從下面分析中看出：

2.1多核綜合實驗的知識點

計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核實驗設(shè)計，要注重對多核的本質(zhì)及技術(shù)要點進行把握，從而使人們通過多核實驗，能夠掌握多核技術(shù)，對原有的計算機結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新，更好地滿足實際發(fā)展需要。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗涉及的知識點主要包括以下幾點：1、硬件設(shè)計技術(shù)、Cache與存儲一致性、IO管理；2、多核技術(shù)與單核技術(shù)之間的差異性、嵌入式多核芯片技術(shù)、Cell、OpenSpare、Intel雙核芯片；3、多核體系結(jié)構(gòu)特征、多核API優(yōu)化函數(shù)庫；4、多線程編程對多核技術(shù)應(yīng)用的影響、 Windows/Linux編程技術(shù)、OpenMP對多核的支持、多線程程序性能測評方法。

在進行多核綜合實驗教學(xué)過程中，要對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗包括的技術(shù)要點內(nèi)容予以把握，在實驗設(shè)計時，能夠?qū)@些內(nèi)容進行涵蓋[3]。

2.2多核綜合實驗設(shè)計實現(xiàn)

多核綜合實驗設(shè)計過程中，需要考慮到硬件設(shè)計和軟件設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。硬件設(shè)計方面，利用FPGA指令進行單CPU實驗，并在后期結(jié)合FPGA特征，設(shè)計多個處理器內(nèi)核，進行操作系統(tǒng)移植，保證CPU具有多核特性；軟件設(shè)計方面，利用Windows/Linux多核多線程編程實驗，對編程的思想和方法予以認(rèn)知和理解，增強程序設(shè)計能力[4]。具體的實驗設(shè)計，我們可以從下面分析中看出：

1、實驗?zāi)康?。多核綜合實驗設(shè)計的目的在于使學(xué)生能夠?qū)τ嬎銠C內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)工作原理予以認(rèn)知，能夠掌握CPU分析、應(yīng)用和設(shè)計的能力。同時，對硬件描述語言、EDA軟件、FPGA芯片能夠進行有效使用，具有一定的硬件動手能力，對硬件技術(shù)知識更好地了解。

2、平臺設(shè)計。平臺設(shè)計主要應(yīng)用PC、FPGA-CPU、單片機控制電路等組成。

3、實驗內(nèi)容。借助于Verilog HDL/VHDL實現(xiàn)CPU軟核，并利用EDA工具軟件進行系統(tǒng)的模擬和測試，之后將模擬測試的內(nèi)容加載到FPGA芯片中，保證單CPU能夠以FPGA指令形成。通過利用FPGA芯片，對CPU的功能進行拓展，保證原有實驗存在的缺陷和相關(guān)問題得到有效解決。同時，Windows/Linux多核多線程實驗利用win32API、MFC進行實驗操作，對可編程邏輯器件、操作系統(tǒng)功能予以了解和認(rèn)知。

除此之外，實驗設(shè)計過程中，還需要對實驗測試的參數(shù)和指標(biāo)范圍予以明確。選擇16個32位的寄存器，總線寬度為32位數(shù)據(jù)。

結(jié)束語：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗教學(xué)，注重對計算機實驗教學(xué)的實踐性予以把握，通過利用多核技術(shù)，更好地提升人們對計算機軟硬件知識的理解和掌握，并使人們在學(xué)習(xí)計算機技術(shù)過程中，能夠創(chuàng)新發(fā)展，對相關(guān)理論進行更好的認(rèn)知。因此，在進行多核綜合實驗過程中，要注重對FPGA技術(shù)予以有效把握，對多核技術(shù)內(nèi)涵更好地理解。

參 考 文 獻

[1]于永斌，徐潔，王華，張鳳荔，吳曉華，丁旭陽. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程多核創(chuàng)新實驗探索[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，03：68-71.

[2]. 自動化技術(shù)、計算機技術(shù)[J]. 中國無線電電子學(xué)文摘，2011，05：167-246.

[3]于永斌，徐潔，王華，張鳳荔，廖建明，周世杰. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程中多核實驗的設(shè)計[J]. 計算機教育，2011，19：40-42+50.

[4]葉婭蘭，徐潔，刑建川，王華. 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多核綜合實驗的設(shè)計實現(xiàn)[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，S1：269-271.