计算机系统结构第九章 MIMD计算机(P499).pptVIP

2003.3.1 计算机系统结构 第九章 MIMD计算机(P499) 9.1 MIMD的典型结构(P500) 它有多个控制器，至少有多个指令部件，用以对各个PE实现单独的控制，而又相互协调配合。 多处理机的外围设备要能够被多个PE分别调用，因而要通过互连网络转接，而不像并行处理机的外围设备那样统一访问主存储器。 并行处理机由于主要完成数组向量运算，它的PE和MM之间的数据交往比较有规则，互连网络的作用主要放在数据对准上，功能简单；多处理机的互连网络必须满足各个PE随机地访问主存储器的要求，连接模式、频带和路径选择等问题都要复杂。 多处理机属任务级并行，SIMD属于数据级并行。 ? 结构灵活性 并行处理机是针对数组、向量处理而设计的。而多处理机不限于数组向量的处理，力图把能并行处理的任务、数组，以至标量都进行并行处理。 ? 程序并行性的识别 并行处理机实现操作一级的并行，其并行性存在于指令内部。多处理机中，因为不限于解决数组向量处理问题，并行性存在于指令外部，即表现在多个任务之间。再加上系统通用性的要求，就使程序并行性的识别难度较大。因此，它必须利用多种途径，如算法、程序语言、编译、操作系统、以至指令、硬件等，尽量挖掘各种潜在的并行性。 9.2 MIMD的并行程序控制(P608) 9.2 MIMD的并行程序控制(P608) 9.2 MIMD的并行程序控制(P608) 9.3 多处理机的Cache一致性 1. 主存——Cache一致性策略 ? 写通过策略(Write-through)：写Cache同时写主存。 ? 写回策略(Write-back)：写Cache时不写主存。 2. 共享可写数据引起的不一致 9.3 多处理机的Cache一致性 ? 第一种情况：P1中有共享数据X的拷贝，而P2中没有该共享数据，P1进程采用写回策略对X进行了修改，由于某种原因该进程迁移到了P2上运行，将从内存中读取得到X，但是这个读到的X是“过时”。 9.3 多处理机的Cache一致性 ? 第二种情况：P1和P2中都有共享数据X的拷贝，P2修改了X，并采用写通过策略，所以同时内存中的X也修改成了X’。由于某种原因该进程迁移到P1上，但这时P1的C1中仍然是X 。 9.3 多处理机的Cache一致性 下图说明I/O传输是怎样造成数据不一致的。 9.3 多处理机的Cache一致性 1. 监听协议 (1) 写无效（Write Invalidate）策略 在更新本地Cache数据块的时候，同时使别的处理机 Cache中的对应数据块无效。 (2) 更新（Write Update）策略 在更新本地Cache数据块的时候，同时以广播的形式更新 别的处理机Cache中的对应数据块。 该方法效率很低（有些Cache中的数据不会再被访问）。 2. 基于目录的协议－Cache目录法 ? Cache目录：存放Cache数据的分布信息。 ? 使用方法：当某处理机对Cache进行写时，系统根据 Cache目录的内容将所有相关的Cache拷贝置为无效。 9.3 多处理机的Cache一致性 ? 基本思想：只让属于处理机进程的私有数据和共享的只读数据进入Cache，而对于共享的可写数据不准进入Cache，使它驻留在主存中。 当共享的可写数据较多时，系统性能很差。为此，改进方案是增加一个共享数据Cache，存放所有共享数据。 共享数据的识别一般由编译器完成。 9.4 MIMD的加速性能模型(P502～P512) 9.5 多处理机实例（P521） 机群系统的具体知识 9.5.3.1 什么是机群系统 利用高速通用网络将一组高性能工作站或高档PC机，按某种结构连接起来，并在并行程序设计以及可视化人机交互集成开发环境支持下，统一调度胁调处理，实现高效并行处理的系统。 从结构和结点间的通信方式来看，它属于分布存储系统，主要利用消息传递方式实现各主机之间的通信，由建立在一般操作系统之上的并行编程环境完成系统的资源管理及相互协作，同时也屏蔽工作站及网络的异构性，对程序员和用户来说，机群系统是一个整体的并行系统。机群系统中的主机和网络可以是同构的，也可以是异构的。目前已实现和正在研究中的机群系统大多采用现有商用工作站和通用LAN网络，这样既可以缩短开发周期又可以利用必威体育精装版的微处理器技术。大多数机群系统的并行编程环境也是建立在一般的Unix操作系统之上，尽量利用商用系统的研究成果，减少系统的开发与维护费用。 ? 机群系统出现的原因（有利条件）： (1) 微处理器性能机价格比迅速提高，可充当机 群系统的运算节点；