11计算机系统结构12.ppt

多机系统中并行性的发展 异构型多处理机系统：将处理功能分散给各专用处理机去完成，各处理机之间能并行工作。许多主要功能，如数组运算、高级语言编译、数据库管理等，交由专用处理机完成。 同构型多处理机系统：随着硬件价格降低和互连技术的提高，通过多处理机的并行处理提高整个系统的性能。为使并行处理的任务能在处理机之间随机地进行调度，各处理机应具有同等功能。 容错系统：为提高系统可靠性，设置多台相同类型的计算机而构成。 可重构系统：系统具有一定的灵活性、可靠性和可重构性，可重构系统中多台计算机能像通常的多处理机系统一样正常工作，一旦发生故障，系统重新组织，降低性能继续运行。?? * 课堂练习及作业 课堂练习：P 24 ： 5, 7 作业 P 24 ： 2， 3， 4，5, 7，9 下周2交作业 * 本 章 小 结 　　　　　　　 　　 计算机体系的有关术语、计算机体系结构与技术的关系、体系结构的定量分析技术、体系结构的并行性发展。 重点： (1)计算机体系的层次结构，计算机体系结构、计算机组成、计算机实现三者的定义及其关系； (2)透明性、局部性原理、MIPS和MFLOPS定义；(3)Amdahl定律； (4)CUP性能公式。 * * 小 结  计算机的发展过程 第一代（1945～1954年) 电子管和继电器； 第二代 （1955～1964年) 晶体管、 第三代（1965～1974年) SSI和MSI 第四代（1975～1990年) LSI和VLSI、半导体存储器 第五代（1991年～) 高性能微处理器、高密度电路；超标量、超流水、SMP、MP、MPP；采用大规模、可扩展并行分布处理 计算机系统的层次结构 * 计算机系统是由硬件、软件和固件（被固化在ROM中的微程序）组成的复杂系统。按语言功能划分成多级层次结构： 级层越高，语言功能越强，硬件成分减少。 0、1层2 层为物理层， 3－6层是虚拟层。第2层是软硬件界面。 第6层是应用语言层：为面向问题而专门设计的应用语言。 高级语言通过编译或解释成为低级语言，低级语言支撑高级语言。 * 定义一（Amdahl, 1964): 程序员所看到的计算机属性，计算机的概念性结构和功能特性 概念性结构:指计算机系统中所有部件之间的逻辑连接。 定义二: 机器语言程序员所看到的计算机的属性，即计算机的概念性结构和功能特性 概念性结构:指计算机系统中所有主要部件之间的逻辑连接结构； 计算机体系结构的定义 * 计算机组成（组织）是计算机系统结构的逻辑实现；它包括传统机器级内的数 据流和控制流的组织，逻辑设计等。组织的属性包括那些对程序员透明的硬件细节。 计算机实现是计算机组成的物理实现。主要包括处理器、存储器等部件的物理结构，器件的集成度、芯片设计、测试与验证和组装等 器件技术。 计算机组织的设计目标：在所确定的系统结构和性能/价格比下，保证各功能部件的性能参数的相互匹配。最佳地实现分配给硬件的功能。 计算机组成和计算机实现 计算机体系结构的分类 * 按性能与价格的综合指标，计算机分为巨型、大型、中型、小型、微型、单片机 等。 按用途，计算机体系可分为科学计算、事务处理、实时控制、家用等计算机。 按处理机个数分，分为单处理机，多处理机； 按种类，分为标量处理机，超标量处理机，超流水处理机，向量处理机，阵列处理机，对称多处理机，大规模并行处理机，机群。 从计算机体系结构的并行性角度出发： Flynn 分类法和 Handler分类法 Flynn 分类法 ：按指令流和数据流的组织方式分类 –单指令流单数据流（SISD）计算机系统 –单指令流多数据流（SIMD）计算机系统 –多指令流单数据流（MISD）计算机系统 –多指令流多数据流（MIMD）计算机系统 * 1）计算机系统结构从串行算法改变为并行算法，出现了向量、并行计算机、多处理机等。 2）高级语言与机器语言的语义距离缩小，出现了面向高级语言机器和直接执行高级语言机器。 3）硬件子系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应，出现了面向操作系统机器和数据库计算机。 4）从CPU为中心转变为以存储为中心，由指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型，出现了数据流机器和归约机。 * 系统结构发展的因素 ? 系统结构的发展 5）为了适应特定应用环境而出现了各种专用计算机，如快速傅立叶变换机器、过程控制计算机等。 6）为了获得高可靠性而研制容错计算机。 7）计算机系统功能分散化、专业化，出现了各种功能分布计算，如外围处理机、通信处理机等。 8）出现了与大规模、超大规模集成电路相适应的计算机系统结构。 9）