学习笔记
前言
本文主要是对于b站尚硅谷的计算机组成原理的学习笔记，仅用于学习交流。
一、中断
中断的基本概念
中断是计算机用于处理异步事件的重要机制，可打断当前指令的执行，切换到对应的中断服务程序进行处理。
工作流程分为以下阶段：
中断响应：保存断点、关闭中断、切换到中断处理程序。
保护现场：保存被中断程序的状态（如寄存器等）。
中断服务：执行特定中断处理程序。
恢复现场：恢复被中断程序的状态。
中断返回：返回断点，继续原程序执行。
中断与异常
中断：由外部设备或硬件请求触发，如 I/O 设备的完成信号。
异常：由程序执行中的内部事件触发，如除零错误或非法指令。
中断屏蔽技术
定义：通过控制中断优先级和屏蔽特定中断信号，确保关键任务不被打断。
实现方式：
屏蔽字寄存器：用寄存器的每一位代表某类中断，当该位置 1 时屏蔽对应中断。
优先级控制：高优先级中断可以打断低优先级中断。
应用：
用于处理多重中断，确保关键任务先执行。
在屏蔽低优先级中断的同时，允许高优先级中断响应。
二、多处理器相关概念
1. 费林分类法
计算机科学家迈克尔·费林根据 指令流 和 数据流 的并行性将计算机体系结构划分为四类：
SISD（单指令流单数据流）：
普通的串行执行结构，如单核处理器。
CPU 同时只能执行一条指令并处理一条数据。
SIMD（单指令流多数据流）：
单条指令同时对应多个数据，实现数据并行。
常用于矢量处理器、GPU 等。
MISD（多指令流单数据流）：
多条指令对同一数据进行处理，实际应用较少。
MIMD（多指令流多数据流）：
多条指令处理多个不同的数据，实现最高程度的并行。
应用于多核处理器、集群等。
单数据流 多数据流 单指令流 SISD SIMD 多指令流 MISD MIMD
2. SIMD 和向量处理器
SIMD（单指令流多数据流）：
同一个指令控制多个执行单元处理不同数据。
程序设计风格接近串行，但要求数据高度同构。
向量处理器：
实现 SIMD 架构的一种方式。
将数据从主存加载到 向量寄存器，通过流水线对寄存器中的数据执行操作，并将结果存回主存。
3. 硬件多线程
定义：通过在硬件层面支持多个线程并行执行，充分利用处理器资源。
实现方式：
细粒度多线程：
每执行一条指令后切换到另一个线程。
避免单线程停顿导致的资源浪费。
粗粒度多线程：
在高开销停顿（如缓存失效）时切换线程。
减少流水线切换带来的开销。
同时多线程（SMT）：
在单处理器内同时执行多个线程，结合多发射和动态调度技术，实现指令级和线程级并行。
典型技术：英特尔的超线程技术（Hyper-Threading）。
4. 多核处理器
定义：在一个芯片上集成多个处理单元(CORE,核)，每个核可独立执行任务。
特点：
每个核心有自己的寄存器和 L1/L2 缓存。
多个核心共享 L3 缓存和主存。
支持硬件多线程技术，可进一步提升性能。
逻辑内核与物理内核：
逻辑内核：硬件多线程技术下的虚拟核心。
物理内核：实际存在的核心。
5. 共享内存多处理器（SMP）
定义：多个处理器共享统一的物理地址空间。
通信方式：通过共享变量。
类型：
UMA（统一内存访问）：
所有处理器对内存访问的延迟相同。
NUMA（非统一内存访问）：
每个处理器有本地内存，访问本地内存更快。
访问其他处理器的内存会有额外开销。
6. 大规模并行处理(MPP)和集群
1. MPP
定义：每个处理器拥有独立的资源和地址空间，通过显式消息传递通信。
特点：
更好的并行性和可扩展性。
各处理器完全独立，资源不共享。
2. 集群
定义：通过网络将多个独立计算机节点组成一个并行系统。
特点：
每个节点有独立资源。
通信通过网络传递消息。
是分布式系统和大数据技术的重要基础。
结语
本篇笔记简要提及了教学视频中"中断和异常/多处理器"相关的概念，可以用于看完视频后的复习记忆，主要为自己所用，如果对你有帮助那就更好了。