计算机系统结构-1-计算机体系结构的基本概念剖析.ppt

◆ 同时性 两个或多个事件在同一时刻发生的并行性。 ◆ 并发性 两个或多个事件在在同一时间间隔内发生 的并行性。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 2. 计算机系统中的并行性有不同的等级 ◆ 指令内部并行：指令内部的微操作之间的并行。 ◆ 指令级并行：并行执行两条或多条指令。 ◆ 线程级并行：并发执行多个线程，通常是以一个 进程内控制派生的多个线程为调度单 位。 (1) 从执行程序的角度看，并行性等级从低到 高可分为 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 ◆ 任务级或过程级并行：并行执行两个或多个过 程或任务(程序段)。 ◆ 作业或程序级并行：在多个作业或程序间的并行。 (2) 从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以 分为 ◆ 字串位串: 同时只对一个字的一位进行处理。 ◆ 字串位并：同时对一个字的全部位进行处理， 不同字之间是串行的。 ◆ 字并位串：同时对许多字的同一位(称位片)进 行处理。 ◆ 全并行： 同时对许多字的全部或部分位进行处理。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 1.6.2 提高并行性的技术途径 1. 三种途径 (1) 时间重叠 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。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 (3) 资源共享 这是一种软件方法，它使多个任务按一定 时间顺序轮流使用同一套硬件设备。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 (2) 资源重复 根据“以数量取胜”的原则，通过重复地 设置资源，尤其是硬件资源，以大幅度提高计 算机系统的性能。 2. 单机系统中并行性的发展 (1) 在发展高性能单处理机过程中，起着主导 作用的是时间重叠这个途径。 实现时间重叠的基础:部件功能专用化。 ◆ 把一件工作按功能分割为若干相互联系的部分； ◆ 把每一部分指定给专门的部件完成； ◆ 然后按时间重叠原则把各部分执行过程在时间 上重叠起来，使所有部件依次分工完成一组同样 的工作。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 例如 对于解释指令的五个过程，就分别需要五个专用的部件，即取指令部件(IF)、指令译码部件(ID)、指令执行部件(EX)、访问存储器部件(M)和写结果部件(WB)。 先行控制 指令流水线，操作流水线 向量处理机 异构型（非对称型）多处理机系统 由多个不同类型、至少担负不同功能的处理机组成，按照作业要求的顺序，利用时间重叠原理，依次对它们的多个任务进行加工，各自完成规定的功能动作。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 部件冗余 多操作部件，多存储体 并行处理机，相联处理机 同构型（对称型）多处理机系统 (2) 在单处理机中，资源重复的运用已经普遍起来。 由多个同类型，至少担负同等功能的处理机组成，同时处理同一作业中能并行执行的多个任务。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 (3) 资源共享 实质：用单处理机模拟多处理机的功能，形成所谓 虚拟机的概念。 多道程序，分时系统 多终端，远程终端 智能终端 分布处理系统 把若干个具有独立功能的处理机（或计算机）相互连接起来，在操作系统全盘控制下，统一协调地工作，而最少依赖集中的程序、数据或硬件。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 3. 多机系统中并行性的发展 (1) 耦合度 反映多机系统的各机器之间的物理连接 的紧密程度和交互作用能力的强弱。 ◆ 最低耦合 耦合度最低的系统。除通过某种中间存 储介质之外，各计算机之间没有物理连接，也 无共享的联机硬件资源。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 ◆ 松散耦合或间接耦合系统 通过通道或通信线路实现计算机间互连， 共享某些外围设备(例如磁盘、磁带等)，机间 的相互作用是在文件或数据集一级进行。 ◆ 紧密耦合系统或直接耦全系统 机间物理连接的频带较高，它们往往通过 总线或高速开关实现互连，可以共享主存。 1.6 计算机体系结构中并行性的发展 (2) 功