怎样将GPU作为CPU的协处理器工作

怎样将GPU作为CPU的协处理器工作,第1张

GPU

图形处理器(英语:Graphics Processing Unit,缩写:GPU),又称显示核心、视觉处理器、显示芯片,是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备(如平板电脑、智能手机等)上图像运算工作的微处理器。

用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动,并向显示器提供行扫描信号,控制显示器的正确显示,是连接显示器和个人电脑主板的重要元件,也是“人机对话”的重要设备之一。显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分,承担输出显示图形的任务,对于从事专业图形设计的人来说显卡非常重要。

显卡的处理器称为图形处理器(GPU),它是显卡的“心脏”,与CPU类似,只不过GPU是专为执行复杂的数学和几何计算而设计的,这些计算是图形渲染所必需的。某些最快速的GPU集成的晶体管数甚至超过了普通CPU。

时下的GPU多数拥有2D或3D图形加速功能。如果CPU想画一个二维图形,只需要发个指令给GPU,如“在坐标位置(x, y)处画个长和宽为a×b大小的长方形”,GPU就可以迅速计算出该图形的所有像素,并在显示器上指定位置画出相应的图形,画完后就通知CPU “我画完了”,然后等待CPU发出下一条图形指令。

有了GPU,CPU就从图形处理的任务中解放出来,可以执行其他更多的系统任务,这样可以大大提高计算机的整体性能。

GPU会产生大量热量,所以它的上方通常安装有散热器或风扇。

GPU是显示卡的“大脑”,GPU决定了该显卡的档次和大部分性能,同时GPU也是2D显示卡和3D显示卡的区别依据。2D显示芯片在处理3D图像与特效时主要依赖CPU的处理能力,称为软加速。3D显示芯片是把三维图像和特效处理功能集中在显示芯片内,也就是所谓的“硬件加速”功能。显示芯片一般是显示卡上最大的芯片(也是引脚最多的)。时下市场上的显卡大多采用NVIDIA和 AMD-ATI 两家公司的图形处理芯片。

GPU已经不再局限于3D图形处理了,GPU通用计算技术发展已经引起业界不少的关注,事实也证明在浮点运算、并行计算等部分计算方面,GPU可以提供数十倍乃至于上百倍于CPU的性能,如此强悍的“新星”难免会让CPU厂商老大英特尔为未来而紧张, NVIDIA和英特尔也经常为CPU和GPU谁更重要而展开口水战。GPU通用计算方面的标准目前有OpenCL、CUDA、ATI STREAM。其中,OpenCL(全称Open CompuTIng Language,开放运算语言)是第一个面向异构系统通用目的并行编程的开放式、免费标准,也是一个统一的编程环境,便于软件开发人员为高性能计算服务器、桌面计算系统、手持设备编写高效轻便的代码,而且广泛适用于多核心处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、Cell类型架构以及数字信号处理器(DSP)等其他并行处理器,在游戏、娱乐、科研、医疗等各种领域都有广阔的发展前景,AMD-ATI、NVIDIA时下的产品都支持OPEN CL。

1985年 8月20日 ATi公司成立,同年10月ATi使用ASIC技术开发出了第一款图形芯片和图形卡,1992年 4月 ATi发布了 Mach32 图形卡集成了图形加速功能,1998年 4月 ATi被IDC评选为图形芯片工业的市场领导者,但那时候这种芯片还没有GPU的称号,很长的一段时间ATI都是把图形处理器称为VPU,直到AMD收购ATI之后其图形芯片才正式采用GPU的名字。

NVIDIA公司在1999年发布GeForce 256图形处理芯片时首先提出GPU的概念。从此NV显卡的芯就用这个新名字GPU来称呼。GPU使显卡削减了对CPU的依赖,并实行部分原本CPU的工作,更加是在3D图形处理时。GPU所采用的核心技术有硬体T&L、立方环境材质贴图与顶点混合、纹理压缩及凹凸映射贴图、双重纹理四像素256位渲染引擎等,而硬体T&L技术能够说是GPU的标志。

CPU

中央处理器(CPU,Central Processing Unit)是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。

逻辑部件

英文Logic components;运算逻辑部件。可以执行定点或浮点算术运算 *** 作、移位 *** 作以及逻辑 *** 作,也可执行地址运算和转换。

寄存器

寄存器部件,包括寄存器、专用寄存器和控制寄存器。 通用寄存器又可分定点数和浮点数两类,它们用来保存指令执行过程中临时存放的寄存器 *** 作数和中间(或最终)的 *** 作结果。 通用寄存器是中央处理器的重要部件之一。

控制部件

英文Control unit;控制部件,主要是负责对指令译码,并且发出为完成每条指令所要执行的各个 *** 作的控制信号。

其结构有两种:一种是以微存储为核心的微程序控制方式;一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。

微存储中保持微码,每一个微码对应于一个最基本的微 *** 作,又称微指令;各条指令是由不同序列的微码组成,这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后,即发出一定时序的控制信号,按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微 *** 作,即可完成某条指令的执行。

简单指令是由(3~5)个微 *** 作组成,复杂指令则要由几十个微 *** 作甚至几百个微 *** 作组成。

协处理器

协处理器(coprocessor),一种芯片,用于减轻系统微处理器的特定处理任务。

协处理器,这是一种协助中央处理器完成其无法执行或执行效率、效果低下的处理工作而开发和应用的处理器。这种中央处理器无法执行的工作有很多,比如设备间的信号传输、接入设备的管理等;而执行效率、效果低下的有图形处理、声频处理等。为了进行这些处理,各种辅助处理器就诞生了。需要说明的是,由于现在的计算机中,整数运算器与浮点运算器已经集成在一起,因此浮点处理器已经不算是辅助处理器。而内建于CPU中的协处理器,同样不算是辅助处理器,除非它是独立存在。

协处理器的消亡

80486CPU之前有协处理器,提高浮点运算能力,那时cpu较弱才有的协处理器,速度是原来数百倍不止,pc机一般不存在协处理器了。

ARM 微处理器

ARM 微处理器可支持多达 16 个协处理器,用于各种协处理 *** 作,在程序执行的过程中,每个协处理器只执行针对自身的协处理指令,忽略 ARM 处理器和其他协处理器的指令。ARM 的协处理器指令主要用于 ARM 处理器初始化 ARM 协处理器的数据处理 *** 作,以及在ARM 处理器的寄存器和协处理器的寄存器之间传送数据,和在 ARM 协处理器的寄存器和存储器之间传送数据。 ARM 协处理器指令包括以下 5 条: — CDP 协处理器数 *** 作指令— LDC 协处理器数据加载指令— STC 协处理器数据存储指令— MCR ARM 处理器寄存器到协处理器寄存器的数据传送指令— MRC 协处理器寄存器到ARM 处理器寄存器的数据传送指令。

ARM:协处理器包括以下5条:

CDP:协处理器数据 *** 作指令。

LDC:协处理器数据加载指令。

STC:协处理器数据存储指令。

MCR:ARM处理器寄存器到协处理器寄存器的数据传送指令。

MRC:协处理器寄存器到ARM处理器寄存器的数据传送指令。

怎样将GPU作为CPU的协处理器工作

协处理器(coprocessor),一种芯片,用于减轻系统微处理器的特定处理任务。

CPU: Center Process Unit的缩写,译为中央处理器。也做叫微处理器。指具有运算器和控制器功能的大规模集成电路。

GPU:(Graphic Processing Unit)图形处理芯片。是显示卡的“心脏”,也就相当于CPU在电脑中的作用,它决定了该显卡的档次和大部分性能,同时也是2D显示卡和3D显示卡的区别依据。2D显示芯片在处理3D图像和特效时主要依赖CPU的处理能力,称为“软加速”。3D显示芯片是将三维图像和特效处理功能集中在显示芯片内,也即所谓的“硬件加速”功能。显示芯片通常是显示卡上最大的芯片。

FPU:(Float Point Unit)浮点运算单元,FPU是专用于浮点运算的处理器,以前的FPU是一种单独芯片,在486之后,英特尔把FPU与集成在CPU之内。

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