2012微机原理及接口技术课件-CH2.ppt

图书的版 * 寄存器是CPU内部重要的数据存储资源，是汇编程序员能直接使用的硬件资源之一。 由于寄存器的存取速度比内存快，所以，在用汇编语言编写程序时，要尽可能充分利用寄存器的存储功能。 先进先出，最近最少使用 * 公用的时钟、电源/地、复位线等 * 把多条并行执行指令组装成一条长指令 * 死锁 * 在指令被译码后，需要为这条指令分配它计算所需要的资源或流水线，例如加法器等，这个过程被称为分派或发射； “刀片服务器”一词是指在一个机箱内可容纳的大量被称为刀片的热插拔设备。一个服务器刀片就是一个独立的服务器，其中包括了一个或多个处理器以及相关的内存、磁盘存储和网络控制器，并运行自己的操作系统和应用。刀片服务器因为共享了公共的基础架构组件如电源、风扇、CD-ROM和软盘驱动器、以太网和光纤通道交换机以及系统端口，所以避免了很多机架系统的复杂性。最明显的差别是刀片服务器采用垂直模式并安装在水平底板上，而典型的机架系统则是由纵向层叠的水平排列的服务器组成。 * 弗林 * SISD其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机。以加法指令为例，单指令单数据（SISD）的CPU对加法治理译码后，执行部件先访问内存，取得第一个操作数；之后再一次访问内存，取得第二个操作数；随后才能进行求和运算。 * 超标量技术 超标量CPU的体系结构 超标量技术：设置多个流水段硬件，可在一个时钟周期内对多条指令进行并行处理，使CPI小于1（采用多条流水线实现）； 特点： 处理器中有两个或两个以上的相同的功能部件（FU）； 如：奔腾处理器是一个高级的超标量处理器。 超标量结构机器的例子 两条输入流水线 三条执行流水线 每个时钟周期可从存储器中获取两条指令 用于执行不需要访问存储器的指令 可处理所有需要或不需要访问存储器的指令 可用于进行乘、除类较复杂的算术运算 决定应使用哪一条执行流水线 超标量和流水线的比较 （1）超标量处理机(空间换时间) 必须有两套或两条以上完整的指令执行部件，利用硬件资源重复来实现空间的并行操作； 能够同时分派多条指令； （2）流水线处理机(时间换空间) 只需要增加少量硬件，利用时间并行性使各部分硬件充分重叠工作； 能够分时分派多条指令； 多机并行技术 多机并行系统 由多个计算单元组成，运算速度快、存储容量大、可靠性高的计算机系统。 也称为：巨型计算机、超级计算机 目前任何高性能计算和超级计算都离不开使用并行技术，所以高性能计算机肯定是并行计算机。 常见形式 大规模并行处理机（MPP）是一种价格昂贵的超级计算机，它由许多CPU通过高速专用互联网络连接。 刀片（blade）通常指包含一个或多个CPU、内存以及网络接口的服务器主板。通常一个刀片柜共享其它外部I/O和电源，而辅助存储器则有距离刀片柜较近的存储服务器提供。 网格（Network）是一组由高速网络连接的不同的计算机系统，可以相互合作也可独立工作。网格计算机将接受中央服务器分配的任务，然后在如空闲期间执行这些任务。 应用领域 数学 基因信息 气象预报 生物物理 石油勘探 信息服务 汽车制造 船舶制造 多核与多线程技术 多核与多线程技术 单片多处理器(Chip MulitProcessor，CMP) 问题：晶体管数量、芯片面积及芯片发热量 多线程处理器(Multithreaded Processor) 细粒度多线程(Fine-Grail Multithreading)随时可以在每个时钟周期内切换多个线程，以追求最大的输出能力——当然，随时可以切换也是有代价的，它拉长了每个执行线程的平均执行时间。其优点是可以隐藏停顿引起的吞吐量损失；缺点是单个线程处理速度变慢了。 粗粒度多线程(Coarse-Grail Multithreading)它是最简单的多线程技术，当单一执行线程遇到长时间的延迟，如Cache Missed时，就进行线程切换，直到原线程等待的操作完成，才切换回去。其缺陷在于流水线启动开销引起吞吐量损失，特别是对于短的阻塞。 计算机体系结构的分类 Flynn分类：根据指令流和数据流的多少进行分类 1966年，Flynn提出根据指令流、数据流的多倍性（multiplicity）特征对计算机系统进行分类，Flynn定义如下： ?指令流：机器执行的指令序列 ?数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果 单指令单数据SISD、单指令多数据SIMD 多指令单数据MISD、多指令多数据MIMD 按照计算机同时处于一个阶段的指令或数据的最大可能个数划分: SISD单指令单数据流：计算机的指令部件每次只对一条指令进行译码和处理，并只对一个