【1.9】系统漫游——几个关键概念

为了后期学习方便，这里需要对几个关键概念进行阐述。

1、并发和并行

这里以单处理器系统为例进，并发是个宏观概念，指在某一时间段内有超过1个的进程在处于活动状态；并行是个微观概念，指在某一时刻就有超过1个的进程处于活动状态。显然，单处理器系统是无法实现并行的，只能实现并发。处理器只能以时间片为单位，依次执行活动进程。

并发和并行的思想在计算机的多个抽象层次上都有所体现，这里以层次从高到低的顺序讨论3层。

（1）线程级别并发

线程的产生就是为了更好的处理并发，减少系统开销。单处理机系统中cpu在各个线程中切换执行，来达到“同时”处理多个任务的目的。后来出现了多处理机系统，典型的就是一个cpu多个core，每个core可以单独执行线程流，各个core之间有独立缓存也共享一部分缓存（intel和amd不一样）。超线程技术：就是在一个物理cpu内核中，模拟多个cpu硬件资源，包括计数器PC和寄存器文件等，当某个线程处于暂时等待时，cpu快速切换到另一个线程，更高效的利用cpu资源。

多处理技术可以在2个方面提高系统性能：首先，当执行多个任务时减少了任务之间切换频率；其次，如果是单任务那么单任务的多个线程之间可以更好的并行处理。单任务的多线程并发就涉及到程序设计方案了，需要程序的支持，并行处理编程也是现在的难点之一。

（2）指令级别并行

更低层次的并行就是指令级别的并行了，现代处理器可以同一个时刻执行多个指令。这是在cpu设计时就考虑到的，例如当某一个电平转换时数据a有P1复制到P2，同时数据b也可以由P3复制到P4等等。同时cpu制造商还引入了多级流水线技术，就是把某一个执行的执行过程分成多个微指令，形成流水线式的结构，这样流水线上每个步骤的时间是不一样的，提前完成的流水线可以执行别的指令的相应动作。当然，流水线不是越多越好，这在历史上有过教训，inter的奔腾4处理器虽然频率很高，但是因为流水线过多导致拖累系统效率，后来又进行了流水线精简，同时类似的还有超标量处理技术。

（3）单指令多数据并行

现代cpu都有这样一种能力，同时并行运算多个数据，达到提高效率的目的。例如：单指令但数据时代，如果想处理a+b，则一个周期取出a，一个周期取出b，一个周期相加。而单指令多数据时代，则是一个周期取出a和b，一个周期相加，两个数据同时到位，通过这种方式提高效率。

2、抽象

从最底层的硬件开始到最上层的应用软件，计算机系统提供了多层抽象来屏蔽细节，所以说抽象（层）是计算机系统的最重要概念之一。要能从根本上理解这种思维，尤其是在进行开发过程中，要学会应用并指导实践。