计算机系统结构chapter1-5 并发性发展及计算机系统的分类.pptVIP

§1-5 并发性发展及计算机系统的分类 1 并行性 (1) 并行性概念 (2) 并行性开发的途径 (3) 计算机系统的并行性发展 (4) 并行处理系统的结构与多机系统的耦合度 2 计算机系统的分类 (1) 并行性(Parallelism)概念 只要在同一时刻或是在同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，它们在时间上能互相重叠。 同时性（Simultaneity）：两个或多个事件在同一时刻发生。 并发性（Concurrency）：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 从计算机系统中执行程序角度来看 指令内部 指令内部的多个微操作 取决于硬件和组成的设计 指令之间 多条指令 指令间的相关关联 任务或进程之间 多个任务或程序段 关键在于任务分解和同步 作业或进程之间 多个作业或多个程序 关键在于并行算法，即怎样将有限的软硬件资源分配给多个程序 从处理数据的并行性来看 位串字串 -- 一字一位 位并字串 -- 一字全部位 位(片)串字并 -- 多字同一位 全并行 -- 多字全部(部分)位 存储器操作并行 -- 一个存储周期访问多字 处理器操作步骤并行 -- 指令的取值、分析等执行步骤的并行 处理器操作并行 -- 设置多个处理单元 指令、任务、作业并行 (2) 并行性开发途径 三种途径 时间重叠 资源重复 资源共享 时间重叠(Time Interleaving) 时间重叠是在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。 举例：流水线 分离、细化功能部件→流水线→功能不同的多机系统→异构型多处理机系统 指令串行 指令流水线举例 资源重复(Resource Replication) 资源重复：是在并行性概念中引入空间因素，通过重复设置硬件资源来提高可靠性或性能。 多操作部件和多体存储器→相联、并行处理机→同构型多处理机系统 资源共享(Resource Sharing) 资源共享：是利用软件的方法让多个用户按一定时间顺序轮流地使用同一套资源，以提高其利用率，这样也可以提高整个系统的性能。 网络打印机 多道程序、分时OS →真正的处理机代替虚拟机→分布处理系统 (3) 计算机系统的并行性发展 1960年以前 算术运算的位并行 输入输出间操作的并行 直接存储器访问（DMA）IBM709系列 1960年至1970年 流水线单处理机 多功能部件流水线 高速缓冲存储器Cache 计算机系统的并行性发展(续） 1970年至1980年 多种并行处理系统结构，例：向量、阵列、相联等 1980年至1990年 RISC、多处理机、数据流机、智能机 1990年以来 MPP:Massively Parallel Processor 大规模并行处理机 SMP:Symmetric Multiprocessor 对称多处理机 Cluster:机群、集群 并行处理计算机的结构 流水线计算机 (5章)（时间重叠） 阵列处理机(6章)（资源重复） 多处理机系统(7章)（资源共享） 数据流计算机 (8章) 以“数据驱动”方式启动指令的执行。 程序中任一条指令只要其所需的操作数已经全部齐备，且有可使用的计算资源就可立即启动执行。 指令的运算结果又可作为下一条指令的操作数来驱动该指令的启动执行。 流水线计算机、阵列处理机和多处理机 流水线计算机：主要通过时间重叠，让多个部件在时间上交错重叠地并行执行运算和处理，以实现时间上的并行。 阵列处理机：主要通过资源重复，设置大量算术逻辑单元，在同一控制部件作用下同时运算和处理，以实现空间上的并行。 多处理机系统：主要通过资源共享，让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不共享贮存的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上相互作用，达到时间和空间上的异步并行。 (4)多机系统 指的是多处理机系统和多计算机系统 多处理机系统：是由多台处理机组成的单一计算机系统，各处理机都可有自己的控制部件，可带自己的局部存储器，能执行各自的程序。 多计算机系统：是由多台独立的计算机组成的系统，各计算机分别在逻辑上独立的操作系统控制下运行，机间可以互不通信，即使通信也只是经通道或通信线路以文件或数据集形式进行，实现多个作业的并行。 多机系统的耦合度 为了反映多机系统中各级器之间物理连接的紧密程度和交叉作用能力的强弱。 最低耦合系统（Least Coupled System）：各种脱机系统 松散耦和系统（Loosely Coupled System）(间接耦合系统)：如果多台计算机通过通道或通信线路实现互连，共享某些磁带、磁盘等外围设备，以较低频带在文件或数据集一级相互作用。 紧密耦合系统（