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■■．．．● 计算机工程与设计 1991年第 6期 一 种层次式并行处理系统的实现 许佑辉 王仲康 李兴春 朱育清 (华东计算技术研究所) 摘 要 本 文 研 究 了并 行 处 理 实 现 技 术 并 给 出 T一 种 用 RISC 芯 片 Ⅳ P．u 隙 珊 ∞ 实现 的层次 式并行处理 系统，文章着重研 究并介绍该并行 系统的结构、系统控制原理．作业调度厦通讯控制等 ，最后给 出T用标准测试程 序对 系统进行的性能分析。 主题词 并行处理 多处理机 多处理机 系统 一 、 引 言 早在计算机发展的初期，一些有远见的计算机先驱们就提出过并行性的概念 在随后 计算机不断发展过程中，并行处理技术对提高计算机的性能一直起着重要的作用，并且有 不少公司和厂家在这方面投放了大量的人力、物力和财力，亦取得了不少理论上和实践上 的研究成果 。 在最近几十年中，由于微 电子技术取得了重要的进展，为计算机设计者们提供了实现 并行系统的基础 。 日益提高的电路集成度可 以制造出性能相当于 10年前大型机的微处理 机。以前一些大型计算机公司如CRAY、CDC等，它们的着眼点主要放在如何提高单机 的速度上，为此采用了各种手段，如流水线、向量化等技术。但通过这些技术所实现的单 机系统在性能上已达到了它能够达到的极限速度。这样的速度对满足信息处理和科学计算 不断增长的要求来说，差距甚远 因此大型机生产公司及厂家在后来设计的系统中增加 了 并行化处理技术，现在的IBM3090计算机 已有多达六台处理机，CRAY—YMP有八个处 理机等等。所有这些情况都是把一些高性能处理机集成于一个系统，这也是计算机今后发 展的一个重要方 向。 相对并行处理技术而言，RJSC技术的诞生要晚得多，它只是近年来才兴起的一门新 技术，基于 RISC技术 的系列产品在功能上可 以覆盖非RISC系列产品，速度 比CISC芯 片快且性能价格 比高。由于 RISC芯片比CISC芯片所具有 的这些优 良性，使得采用 RISC芯片的系统在许多性能指标上都优于同类的CISC芯片所构成的系统。加上 RISC 技术 的 日益成熟，9O年代 RISC技术将 占主流地位。 目前 已有许多 RISC产 品投放市 场 ，最 为 典 型 的有 INMOST800、SUN SPAC、-MOTOLOLA88000、AMD29000 MIPSR2000／3000、INTEL80960、80860等 。本文所讨论的层次式并行处理系统 (以 下简称为 HPPS)是采用 INMOS公司的 RISC芯片 1800实现 的。在大型科学 ／工程计 算及 图形图像处理等方面该系统有着广泛的应用前景，它是我们在并行处理领域里的又一 一 3 一 次尝试 二 ，HPPS的体系结构 并行处理系统按其所带处理机对存贮器的共享与否一般可分为紧密耦合和松散耦合两 大类。紧耦合系统 中由于各处理机都通过一互连网络共享同一主存，因此当主存的带宽足 够宽时系统通讯速度可 以很高，但是随着处理机数的增加，系统对互连 网络的带宽要求及 访 问主存 的冲突也将随之增加，这些将使系统性能严重下降，这样的系统设计相对复杂 而在松耦合系统 中各处理机 由于都带有一局部存贮器，它们之间的通讯是通过消息传送系 统实现的，这就减少了访 问冲突，对处理机个数的限制就没有前者那么严，因此如果系统 任务之间的交互作用不是很高的话．松散耦合系统一样可以获得很高的性能。在并行系统 中多机互连形式是其又一重要的结构特性，总线，交叉开关则是两种常见的互连形式 总 线结构简单，扩充灵活但可靠性不是很高，且总线访问冲突随处理机模块的增加而增加； 而交叉开关互连形式其传输率很高但价格 昂贵，系统规模不可做得很大。有鉴于此 ， HPPS的结构是一个在不 同层次上分别采用总线和交叉开关互连的以松散耦合为主的层次 式并行处理系统，系统规模增减灵活，设计相对简单，实现方便 HPPS