第2章计算机系统的结构组成与工作原理.ppt

* * / 50 多机并行系统 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。 机群（cluster）由多台同构或异构的独立计算机通过高性能网络或局域网连在一起协同完成特定的并行计算任务。 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，而辅助存储器则由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，然后在不忙的时候（如晚上或周末）执行这些任务。 * * / 50 多核处理器 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)在每个指令中切换线程，处理器必须能在每个时钟周期切换线程。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) 仅当遇到开销大的阻塞时才切换线程。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。 * * / 50 ??? 1966年M.J.Flynn按照指令流和数据流的不同组织方式，把计算机系统的结构分为以下4类： ??? (1) 单指令流单数据流 --SISD ??? (2) 单指令流多数据流 --SIMD ??? (3) 多指令流单数据流 -- MISD ??? (4) 多指令流多数据流 -- MIMD 计算机体系结构的分类 CU PU IS CS DS MM SISD计算机是典型的单处理器系统。 　 特点：每次对一条指令进行译码，并仅对一个操作 部件分配数据。 CU:控制单元，PU：处理单元，MM：存储体 CS：控制流， IS：指令流， DS：数据流 SISD计算机 SM SIMD计算机 PU1 PU2 PUN CU DS1 DS2 DSN IS CS MM1 MM2 MMN 　 特点：多个PU按一定方式互连，在同一个CU控制 下，各自的数据完成同一条指令规定的操 作；从CU看，指令顺序（串行）执行，从 PU看，数据并行执行。 SIMD计算机 MISD计算机 　　特点: MISD 几条指令对同一个数据进行不同的 处理，实际上不存在。 CU1 CU2 CUN PU1 PU2 PUN SM IS1 IS2 ISN DS DS CS1 CS2 CSN IS2 ISN MM1 MM2 MMN IS1 SM MM1 MM2 MMN CU1 CU2 CUN PU1 PU2 PUN DSN DS1 CS1 CS2 CSN IS1 IS2 ISN DS2 MIMD计算机 MIMD 多处理机系统。 特点：能实现作业、任务、指令、数组各级全面并行 的多机系统。 Flynn分类及应用分类 对称多处理机： 1. 字长 字长是指计算机一次能够处理（算术运算、逻辑运算、存储、复制等操作）的最大数据宽度（位数）。字长通常与通用寄存器、ALU以及系统数据总线的宽度匹配。 2. 存储容量 与存储容量有关的信息中，访存空间是最重要的一个。访存空间是指CPU能够直接访问的存储单元（主存单元）数量，一般由CPU的地址总线宽度决定。32位地址总线能直接访问232=4GB。 2.5 计算机性能评测 计算机系统的性能主要由硬件性能和程序特性决定，通常可利用标准测试程序来测定性能。 用MIPS (Million Instructions Per Second,每秒百万条指令)或MFLOPS(每秒百万次浮点操作)的数值来衡量计算机系统的硬件速度。 用 CPU执行时间T来量化软硬件结合系统的有效速度。 MIPS = f (MHz) / CPI T(s) = (IC × CPI) / f(Hz) f（时钟频率）： CPU的基本工作频率。 IC（指令数目）：运行程序的指令总数。 CPI（Cycles Per Instruction）：指令执行的平均周期数，可从运行大量测试程序或实际程序产生的统计数据中计算出来。 3. 运算速度 假设一台计算机的时钟频率是100 MHz(每秒百万周期)，具有4种类型的指令，它们的使用率和CPI分别如下表所示。求该计算机的MIPS值以及运行一个具有107条指令的程序所需的CPU时间。 ARM7TDM