系统结构设计基础 - 东南大学计算机科学与工程学院.pptx

1 并行计算机体系结构 东南大学计算机学院 任国林 Email: renguolin@seu.edu.cn 2 一、课程目标 1.并行性理论的研究 并行计算机系统模型与体系结构； 并行程序设计模型与通信模型； 并行计算机性能评测方法； 可扩展性原理及实现方法。 2.并行技术和结构的研究 微处理器并行技术； 互连网络技术； 共享存储技术及体系结构； 分布存储技术与可扩展体系结构； 通信时延包容技术。 3 二、参考教材 1、并行计算机体系结构，陈国良等著，高等教育出版社， ISBN 7-04—11558-1，2002.9 2、并行计算机体系结构，David E.Culler等著，李晓明等译，机械工业出版社，ISBN 7-111-07888-8，2002.10 3、可扩展并行计算—技术、结构与编程，黄铠、徐志伟著，陆鑫达等译，机械工业出版社，2000.5 4、计算机系统结构—一种定量的方法(第二版)，John L. Hennessy等著，郑纬民等译，清华大学出版社，2002.8 5、计算机系统结构(第二版)，郑纬民、汤志忠著，清华大学出版社，1998.9 4 第一章 系统结构设计基础 5 第一节 计算机系统结构概念 一、计算机系统结构概念 1、计算机系统层次结构 回下页 6 2、计算机系统设计方法 (1)由上向下方法 从软件到硬件，适合专用机的设计 结果：形成软、硬脱节 (2)由下向上方法 从硬件到软件，适合通用机的设计 结果：形成软、硬脱节 (3)从中间开始方法 从软、硬件交界面开始设计 要求：不断进行交互、优化设计 →需要较好的评价工具和方法 转上页 7 3、系统结构定义 *精确定义：机器语言程序员、编译程序编写者所看到的计算机的属性，即概念性结构和功能特性 概念性结构—系统的软、硬件功能界面； 功能特性—界面的功能分配，即界面的接口或组织 *实质：研究计算机系统中软硬件之间的界面定义及其上下的功能分配 *基本定义：程序员所看到的计算机的属性 *研究内容：数据表示、寻址方式、指令系统，寄存器组织; 存储系统； 中断机构、I/O结构； 机器工作状态定义和切换、信息保护 回下页 8 计算机系统结构包含内容示意图 转上页 9 计算机组成包含内容—数据通路宽度、专用部件设计、各种OS共享程度、功能部件并行度、控制机构组成方式、排队与缓冲技术、预估与预判技术、可靠性技术等 *系统结构、计算机组成、物理实现三者关系： 1 : n 1 : n 系统结构 ─── 计算机组成 ─── 物理实现 *计算机组成： 定义—计算机系统设计人员看到的基本属性 实质—是系统结构的逻辑实现 10 4、计算机系统结构设计步骤 (1)需求分析 在应用环境、所用语言种类及特性、对OS的特殊要求、所用外设特性、技术经济指标、市场分析等方面进行分析 (2)需求说明 形成设计准则、功能说明、器件性能说明等需求 (3)概念性设计 进行软、硬件功能分析，确定机器级界面 (4)具体设计 机器级界面各方面的确切定义，可考虑几种方案 (5)反复进行评价及优化设计 11 5、并行体系结构 *并行计算机： 是一组相互通信、相互协作以快速求解大型问题的处理单元 12 *并行体系结构： 由宏体系结构、微体系结构两部分组成 微体系结构—节点内部结构,主要为处理器及其壳的结构 宏体系结构—并行计算机系统的整体结构，包括节点间互连、通信、存储器访问等方面 *并行体系结构研究内容： 互 连—结构模型、互连网络 存储器—访存模型、一致性模型(Cache/存储) 交 互—编程模型、通信机构、同步机构 13 二、计算机系统结构分类 1、Flynn分类法 *分类原理：按指令流和数据流的多倍性进行分类 *结构种类：SISD，SIMD，MISD，MIMD *缺点：对流水线处理机的分类不明确 14 2、Handler分类法 *分类原理：在三个层次上，按并行程度及流水线处理程度分类 层次— PCU（处理控制器或宏流水） K级 ALU（算逻部件或指令流水） D级 BLC（位级电路或