计算机系统结构01技术总结.ppt

计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 执行程序的并行性 处理数据的并行性 指令内部 位串字串 指令之间 位并字串 任务或进程之间 位片串字并 作业或程序之间 全并行 计算机信息加工的并行性 存储器操作并行 处理器操作步骤并行 指令、任务、作业并行 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 2. 并行性开发的途径 时间重叠(Time Interleaving) : 引入时间因素,如 流水线 资源重复(Resource Replication):引入空间因 素,如并行处理机 资源共享(Resource Sharing)由软件控制定期轮 流使用同一套资源， 并行处理的方法和到达的目的—发现和利用并行性 并行性的开发和并行处理技术的研究: 硬件、软件、语言、算法、性能评价等方面的研究的综合。 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 图1-9 时间重叠举例 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 图 1-10 资源重复的例子 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 3.计算机系统的并行性发展 各年代计算机系统并行性的发展 1950年代 存储程序 1949 中断 1954 DMA 1958 1960年代 多道程序OS 1963 并行运算 1964 流水线 1969 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 3. 计算机系统的并行性发展 1970年代 并行处理系统结构：向量机 阵列机 相联机 1980年代 RISC 多处理机 超标量处理机 超流水线处理机 超长指令字处理机 数据流计算机 智能计算机 1990年代 MPP 新材料处理机芯片 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 3.计算机系统的并行性发展 3T目标: 1 TFLOPS 的计算能力 1 TBYTE 的主存容量 1 TBYTE/S 的I/O带宽 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 4.多机系统的耦合度 多处理机系统：多台处理机组成的单一计算机系统 统一的操作系统。 本地存储器 处理机之间的交互 并行程度：作业、任务、指令、数据 多计算机系统：多台独立的计算机组成的系统。 逻辑上独立的操作系统 通信通过通道或通信线路 多个作业并行 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 4.多机系统的耦合度 耦合度：反映各机器之间的物理连接紧密程度和交叉 作用能力的强弱程度 最低耦合系统 中间存储介质联系 松散耦合系统 通道、通信线路实现互连 紧密耦合系统 总线、高速开关 术语：异构 同构 对称 非对称 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 4.多机系统的耦合度 术语： 数据集：软件中一些有关数据项的集合； 数据库中，一个数据文件。 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 1.5.2 计算机系统的分类 Flynn分类法：Michael Flynn,1966 指令流（Instruction Stream）：指机器执行的 指令序列。 数据流（Data Stream）：指由指令流调用的数据 序列。 多倍性：指在系统性能瓶颈部件上处于同一执行 阶段的指令或数据的最大可能个数。 分类： 单指令流单数据流（SISD） 单指令流多数据流（SIMD） 多指令流单数据流（MISD） 多指令流多数据流（MIMD） 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 图1-11 Flynn分类的4 类系统的基本结构 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 图1-11 Flynn分类的4 类系统的基本结构 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 1978 年，美国的David J. Kuck提出与Flynn相类似的分类，用指令流和执行流(Execution Stream)及其多倍性来描述计算机系统总控制器的结构特征。这样，将计算机系统也分成 4 类。它们是： 单指令流单执行流(SISE)——典型的单处理机系统； 单指令流多执行流(SIME)——带多操作部件的处理机； 多指令流单执行流(MISE)——带指令级多道程序的单处理机； 多指令流多执行流(MIME)——典型的多处理机系统。 计算机学院 COMPUTER ARCHITECTURE * 1972 年，美籍华人冯泽云(Tse yun Feng)提出用数据处理的并行度来定量地描述各种计算机系统特性的冯