高等计算机体系结构第一章.pptVIP

高等计算机系统结构 主讲 任国林;一、课程目标 1.并行性理论的研究 并行计算机系统结构与系统模型； 通信系统模型及编程模型； 并行计算机性能评价方法； 可扩展性原理及方法。;二、参考教材 1、并行计算机系统结构，David E.Culler等著，李晓明等译，机械工业出版社，2003.1 2、可扩展并行计算—技术、结构与编程，黄铠、徐志伟著，陆鑫达等译，机械工业出版社，2000.5 3、计算机系统结构（第二版），郑纬民、汤志忠著，清华大学出版社，1998.9 4、高等计算机系统结构，黄铠著，王鼎兴等译，清华大学出版社，2001.11 5、计算机系统结构—一种定量的方法（第二版），John L. Hennessy等著，郑纬民等译，清华大学出版社，2002.8;第一章 并行计算机系统结构概述 ;第一节 计算机系统结构概念 ;2、计算机系统设计方法;3、系统结构定义;3、系统结构包含内容;4、计算机系统结构设计;5、并行体系结构 并行计算机是一组相互通信、相互协作以快速求解大型问题的处理单元。;二、计算机系统结构分类;2、Handler分类法 思路：在系统中三个层次上按并行程度及流水线处理程度分类。 层次：PCU（处理控制器器或宏流水） K级 ALU（算逻部件或指令流水） D级 BLC（位级电路或操作流水） W级;3、冯氏分类法 思路：按照系统的最大并行程度进行分类。 最大并行度：单位时间内能处理的最大二进制位数。 即： Pm=位片宽×字宽;4、按控制方式分类 类型：（4种） 控制流方式：顺序执行（冯·诺依曼型） 数据流方式：操作数到位即可运算，无序执行↓ 规约方式： 驱动方式与数据流相反，无序执行↑ 匹配方式： 非数值型应用，主要对象为符号。;三、影响计算机系统结构发展因素; 影响二：为保持软件兼容性，系列机要求系统结构基本不变，又限制了系统结构的发展。;（3）统一高级语言方法 存在一定的困难，争取汇编语言或机器语言的统一。 导致开放系统（具有可移植性、交互操作性）的出现，用硬件抽象层技术适应不同的硬件平台。;3、技术对系统结构发展的影响 器件的性能、使用方法改变、影响系统结构及组成方法。 器件发展过程：通用片→现场片→半用户片→用户片。;第二节 系统设计的定量原理 ; 例：某功能处理时间为系统原来时间的40%，将其处理速度加快10倍后，整个系统性能提高多少？;三、程序访问的局部性原理;第三节 计算机系统性能评价 ;二、系统处理能力;2、MFLOPS指标 能够精确反映处理能力（问题-浮点运算）。 MIPS比较适宜于评估向量处理机。;3、吞吐率指标 定义：单位时间内能处理的作业数。 应用：用于表示并行计算机的并行处理能力的速度。 对单处理器系统，吞吐率=1/执行时间。;三、系统响应能力 响应能力：主要指系统响应时间（输入→输出时间）。;1、用户CPU时间 TCPU=IN×CPI×TC= IN×(p+m × k)×TC;2、平均CPI; 例： A机执行的程序中有20%转移指令(2TC)，转移指令都需要一条比较指令(1TC)配合，其他指令1TC。B机中转移指令包含比较指令，但TC比A机慢15%。A机、B机哪个工作速度快？;四、利用率 不直接表示系统性能指标，与前两种指标有密切关系。 对系统性能或结构改进与优化起着至关重要的作用。 ;五、可扩展性 通过性能可伸缩性评价并行处理能力。;六、性能评价与比较;（2）模拟技术 思路：建立模拟器，模拟系统性能模型和工作负载模型，对运行后的数据进行统计分析。;（3）测量技术 思路：通常采用基准测试程序评估。;2、测试结果的统计与比较;（2）几何平均方法;（3）调和平均方法;第四节 系统结构中并行性的发展 ;二、系统结构树;三、并行性发展 1、单处理机;2、多处理机