第5章多指流多数据流计算机.pptVIP

多指令流多数据流计算机 MIMD计算机结构模型 并行向量处理机 对称多处理机系统 分布式共享存储系统 高速缓存目录DIR用于支持分布式高速缓存的一致性 DSM的共享存储器是由物理的分布在各处理结点中的本地存储器LM组成 通过系统硬件和软件为用户提供一个单地址的编程空间 工作站机群 MIMD计算机访存模型 均匀存储访问模型（UMA） 非均匀存储访问模型（NUMA） 被共享的存储器在物理上分布在所有的处理器中，所有本地存储器的集合组成全局地址空间 处理器访问存储器所需的时间不相等 每个处理器可带有私有高速缓存，外设也可以以某种形式共享 全高速缓存存储访问模型 （COMA Cache-Only Memory Access） 各处理器结点中没有存储层次结构，全部高速缓存组成全局地址空间 利用分布的高速缓存目录D对远程高速缓存进行访问 COMA中的高速缓存容量一般都大于二级高速缓存容量 开始使用COMA时，数据可以任意分配到 高速缓存C中，在运行过程中，数据将被 迁移到使用该数据的处理器结点的高速缓 存中 高速缓存一致性非均匀存储访问模型 （CC-NUMA Cache-Coherent NonUniform Memory Access） 绝大多数商用CC-NUMA多处理机系统都使用基于目录的高速缓存一致性协议来维护Cache的一致性 保留了SMP结构的易于编程的优点，同时也改善了常规SMP结构的可扩放性问题 该模型实际上是一个DSM多处理机系统模型 该模型最显著的优点是程序员无需明确地在结点上分配数据。由系统的硬件和软件自动对各结点分配数据，在程序运行期间，由高速缓存一致性硬件自动地将数据迁移到要使用它的地方 非远程存储访问模型（NORMA NO-Remote Memory Access ） 所有存储器都是私有的，仅能由本地存储器访问 每个结点都是由处理器P、本地存储器M和（或）I/O设备组成的自治计算机，多个结点由基于消息传递的互连网络相连 所有的存储器都是私有的 绝大多数NORMA都不支持远程存储器的访问 对称多处理机系统 对称多处理机的结构 SMP结构的特点 对称性 系统中任何处理器都可以访问共享存储器的任何存储单元和I/O设备，且具有相同的访存时间 单一物理地址空间 共享存储器的所有存储单元都按单一地址空间编址 只需要一个OS副本驻留在共享存储器中，OS可以按工作负载情况在多个处理器上调度进程，从而易于达到动态负载平衡和有效利用系统资源 高速缓存一致性 多级高速缓存支持数据局部性，而且用硬件自动实现高速缓存一致性 低通信延迟 处理器之间的通信采取对共享存储单元使用简单的读/写指令来完成 直接支持共享地址空间编程模型 在大多数SMP机器上实现了消息传递编程模型，将共享地址空间的一部分空间指派给每个进程，同时显式地给每个进程指定消息缓冲区，通过在消息缓冲区之间复制数据来实现数据的发送与接收 SMP的扩展存储层次结构 共享Cache的SMP结构 高速缓存和主存系统都可以采用交叉编址的并行访问方式工作 当多个对称处理器同时存取共享Cache时，对Cache的带宽要求很高 对Cache存取数据必须通过处理器与Cache之间的互连网络，从而增大了对Cache的存取时间 可扩放性差 基于总线的共享内存的SMP结构 受共享总线和内存系统的带宽限制，基于总线的共享内存的SMP结构的可扩放性也不是很好。 基于互连网络的共享内存的SMP结构（舞厅结构） 采用可扩放的点到点的互连网络 内存被划分为若干逻辑模块，分别连接到互连网络的不同端点上 所有处理器访问内存的任何模块所需时间相等 由于所有处理器访问内存都要经过互连网络，当互连网络规模较大时，访问内存的存取时间也增大 分布式内存结构 所有本地内存组成共享内存 处理器对本地内存的存取时间比对远程内存的存取时间小得多 高速缓存一致性问题 出现不一致的原因 共享可写数据引起的不一致性 进程迁移引起的不一致 侦听高速缓存一致性协议 侦听一致性协议利用总线的以下特点实现一致性： 总线上的所有事务对所有的高速缓存控制器都是可见的 总线上的所有事务以相同的次序被所有的高速缓存控制器可见 在侦听一致性协议的实现中，需要保证实现： 与内存操作有关的所有的必要事务都应出现在总线上 高速缓存控制器能采取适当的措施来处理有关的事务 在侦听高速缓存一致性协议中，每个高速缓存控制器都接收来自两方面的输入： 处理器发出的访存要求 总线侦听器侦听到的总线上的事务 侦听协议由以下三部分组成: 状态集合 高速缓存中块的状态的集合 状态转