Leçon 1 sur le système d'exploitation : les bases du processeur

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Principes de base du processeur

Le processus de production du CPU

Essence : un tas de sable + un tas de cuivre + un tas de colle + ajout de métal spécifique + procédé spécial

Désoxydation du sable-> quartz-> silice-> purification-> lingot de silicium-> coupe-> plaquette-> application de résine photosensible-> lithographie-> gravure-> élimination de la résine photosensible-> placage-> polissage-> couche de cuivre -> test -> Tranche -> Paquet

Le processus de production du processeur Intel (description vidéo)

Comment le processeur est fabriqué (description textuelle)

A l'intérieur du processeur : silicium -> ajout d'éléments spéciaux -> semi-conducteur P semi-conducteur N -> jonction PN -> diode -> transistor à effet de champ -> interrupteur logique

Circuits logiques de base : Porte ET Porte OU Porte NON Porte NI (OU exclusif) Adder Accumulator Latch…

Réaliser le calcul manuel (lire l'instruction de mémoire à chaque fois, (haute puissance faible puissance))

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Pour le fonctionnement du processeur, c'est par haute fréquence, basse fréquence -> converti en logique, c'est un nombre binaire : 0, 1 -> indiquez à l'ordinateur quelle broche doit être activée et désactivée

Saisie manuelle : ordinateur à bande papier

Mnémonique : 01000010->mov sub...

Langage de haut niveau -> Compilateur -> Langage machine

Le principe du CPU

Le problème le plus fondamental que les ordinateurs doivent résoudre : comment représenter les nombres

comment fonctionnent les transistors

Comment fonctionne un transistor

Processus d'exécution du langage d'assemblage

L'essence de l'assemblage : le mnémonique du langage machine, en fait, c'est du langage machine : mov sub add représente des données binaires

Processus : allumer l'ordinateur -> CPU lit le programme en mémoire (entrée de signal électrique) -> le générateur d'horloge oscille continuellement marche/arrêt -> pousse le CPU à exécuter pas à pas (le nombre d'étapes exécutées dépend du cycle d'horloge requis par l'instruction) -> calcul terminé -> réécriture (signal électrique) -> écriture sur la sortie de la carte graphique (sout ou graphique)

Ordinateur quantique (il suffit de comprendre)

qubit

La composition de l'ordinateur

CPU和内存，是计算机的核心

Composition de base du CPU

PC -> Program Counter compteur de programme (enregistre l'adresse d'instruction actuelle)

Registres -> Registre : stocke temporairement les données nécessaires aux calculs CPU

ALU -> Unité arithmétique et logique

CU -> Unité de contrôle Contrôle du signal d'interruption de l'unité de contrôle

MMU -> Unité de gestion de la mémoire Unité de gestion de la mémoire - implémentation matérielle + système d'exploitation

Hyperthreading : Une ALU correspond à plusieurs PC|Registre
dits quatre cœurs et huit threads comme indiqué sur la figure :

hiérarchie de la mémoire

Pourquoi avoir une cache ?
Parce que la vitesse du CPU aux différents registres et à la mémoire principale n'est pas la même

structure physique du cache

按块读取
Le principe le plus élémentaire de la mise en cache : le principe de localité du programme, qui peut améliorer l'efficacité et
donner pleinement accès à la capacité des broches du processeur du bus à lire plus de données à la fois

cache

Afin d'assurer la cohérence des données : dans l'unité de comportement du cache, quatre
protocoles de cohérence de l'état de la ligne de cache sont définis

taille de la ligne de cache

Ligne de cache : actuellement, le cache L3 est le plus adapté à l'industrie. Plus
la ligne de cache est grande, plus l'efficacité de l'espace local est élevée, mais plus le temps de lecture est lent
. Plus la ligne de
cache Valeur, actuellement principalement utilisée : 64 octets

100 millions d'efficacité d'exécution d'affectation de la même ligne de cache volatile assure la visibilité entre les threads

package com.mashibing.juc.c_028_FalseSharing;
​
public class T03_CacheLinePadding {
    
    
​
    public static volatile long[] arr = new long[2];
​
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    
        Thread t1 = new Thread(()->{
    
    
            for (long i = 0; i < 10000_0000L; i++) {
    
    
                arr[0] = i;
            }
        });
​
        Thread t2 = new Thread(()->{
    
    
            for (long i = 0; i < 10000_0000L; i++) {
    
    
                arr[1] = i;
            }
        });
​
        final long start = System.nanoTime();
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println((System.nanoTime() - start)/100_0000);
    }
}

100 millions d'efficacité d'exécution d'affectation de différentes lignes de cache

package com.mashibing.juc.c_028_FalseSharing;
​
public class T04_CacheLinePadding {
    
    
​
    public static volatile long[] arr = new long[16];
​
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
    
        Thread t1 = new Thread(()->{
    
    
            for (long i = 0; i < 10000_0000L; i++) {
    
    
                arr[0] = i;
            }
        });
​
        Thread t2 = new Thread(()->{
    
    
            for (long i = 0; i < 10000_0000L; i++) {
    
    
                arr[8] = i;
            }
        });
​
        final long start = System.nanoTime();
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println((System.nanoTime() - start)/100_0000);
    }
}

Les résultats montrent clairement que l'exécution est plus rapide avec différentes lignes de cache

Par conséquent, un modèle de programmation est né - l'alignement de la ligne de cache Alignement de la
ligne de cache : pour certains numéros particulièrement sensibles, il y aura un accès à haute contention de threads. Pour s'assurer qu'un faux partage ne se produit pas, une programmation d'alignement de ligne de cache peut être utilisée.

Par exemple, 7 données longues sont remplies avant et après le disrupteur pour garantir des lignes de cache indépendantes :

dans JDK7, beaucoup utilisent un remplissage long pour améliorer l'efficacité

JDK8, ajout de l'annotation @Contended (expérimentale) : JVM -XX : -RestrictContended

package com.mashibing.juc.c_028_FalseSharing;

import sun.misc.Contended;

/**
 * T05_Contended
 * Description
 *
 * @date 2020/5/26 - 23:38
 */

public class T05_Contended {
    
    
    @Contended
    volatile long x;
    @Contended
    volatile long y;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
    
        T05_Contended t = new T05_Contended();
        Thread t1 = new Thread(()->{
    
    
           for (long i=0;i<1_0000_0000L;i++){
    
    
               t.x=i;
           }
        });

        Thread t2 = new Thread(()->{
    
    
            for (long i=0;i<1_0000_0000L;i++){
    
    
                t.y=i;
            }
        });

        final long start = System.nanoTime();
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println((System.nanoTime() - start)/100_0000);
    }
}