[工学]11计算机系统结构第十一讲02.ppt

Fetch-and-Add指令用于多处理机系统中的进队和出对问题 图7.49：IBM公司的RP3机器 开关网络：由混洗交换网组成的合并网络 选择互连网络必须综合考虑速度和成本两个指标 （1）、总线的成本最低，速度最慢 （2）、交叉开关的成本最高，速度最快 （3）、混洗交换网络的速度和成本都介于总线和交叉开关之间 超立方体网络也是一种速度和成本居于适中位置的网络，如连接机（Connection Machine）、Cosmic Cube系统等 第八章 SIMD计算机 SIMD计算机，亦称并行处理机、阵列处理机（单一控制部件控制下的多个处理单元构成的阵列） 主要内容：SIMD计算机的模型、基本结构、并行算法和具体实例 8.1 SIMD计算机模型 SIMD计算机的抽象模型：在同一个控制部件管理下，有多个处理单元，所以处理单元均收到从控制部件广播来的同一条指令，但操作对象是不同的数据 图8.1：H.J.Siegel提出的SIMD计算机的操作模型 M=(N,C,I,M,R) N：为机器的处理单元(PE)数 C：为由控制部件(CU)直接执行的指令集 I：为由CU广播至所有PE进行并行执行的指令集 M：为屏蔽方案集 R：为数据寻径功能集 MasPar MP-1计算机 表8.1：三种SIMD计算机 细粒度、位片式SIMD计算机 （所谓细粒度并行性，则是指在一个进程中进行指令一级或操作一级的并行处理） 8.2 SIMD计算机的基本结构 8.2.1 分布式存储器结构 图8.2：分布式存储器结构的SIMD计算机 数据寻径网络、阵列控制部件、控制存储器、标量处理机、处理单元(PE)、本地存储器(LM) 通过控制部件的是单指令流，指令的执行顺序和单处理机一样，是串行处理 如果是标量操作或控制操作指令，则直接由与控制部件相连的标量处理机执行；如果是向量操作，则将它广播到所有PE并行地执行 Illiac Ⅳ：由64个PE组成，PE间通过8*8环绕连接网络实现互连 分布式存储器SIMD计算机的主要差别为进行PE之间互相通信的数据寻径网络不同 8.2.2 共享存储器结构 图8.3：共享存储器的SIMD计算机 共享的多体并行存储器SM通过对准网络与各处理单元PE相连 m ≥ N BSP（Burroughs Scientific Processor）计算机：见P364 16个PE、17个SM：可以实现无冲突并行地访问存储器 8.2.3 SIMD计算机的特点 向量处理机和SIMD计算机都能对大量数据进行向量处理 SIMD计算机的特点： （1）、与流水线向量处理机一样，特别适于高速数值计算 （2）、与多处理机（MIMD）相比，SIMD计算机具有较固定的结构，它直接与一定的算法相联系，其效率取决于计算程序向量化的程度 （3）、与流水线向量处理机相比，SIMD计算机依靠的并行措施是资源重复，而不是时间重复 （4）、标量运算速度和编译过程的开销，也是影响SIMD系统实际有效速度的另外两个因素 （5）、SIMD计算机基本上是一台向量处理专用计算机 8.3 SIMD计算机实例 图8.4：SIMD计算机的发展过程 Illiac Ⅳ为最先采用SIMD计算机结构的计算机 一个方向为用位片PE制造的SIMD计算机 另一个方向为以SIMD模式运行的同步MIMD计算机 8.3.1 Illiac Ⅳ阵列处理机 Illiac Ⅳ阵列处理机：美国Barnes公司和Illinois大学研制的 图8.5：Illiac Ⅳ系统总框图 两大部分： （1）、 Illiac Ⅳ阵列 （2）、 Illiac Ⅳ输入输出系统 三种类型处理机： （1）、专门对付数组运算的处理单元阵列（processing element array）； （2）、阵列控制器（array control unit），它既是处理单元阵列的控制部分，又可以视为一台相对独立的小型标量处理机； （3）、一台标准的Burroughs B6700计算机，担负Illiac Ⅳ输入输出系统和操作系统管理功能。 1、 Illiac Ⅳ阵列 Illiac Ⅳ阵列由64个PE（处理单元）、64个PEM（处理单元存储器）和MLU（存储器逻辑部件）组成 图8.6： Illiac Ⅳ处理部件的连接 Illiac Ⅳ的阵列结构又称为闭合螺线阵列 n*n个单元组成的阵列中，任意两个处理单元之间的最短距离不会超过(n-1)步 图8.7： Illiac Ⅳ处理单元的原理框图 包括：RGA、RGB、RGR、RGS、RGX、RGM、AU、LU、SU、ADA、MAR 操作数来自四个方面：PE本身的寄存器、阵列存储器、CU的公共数据总线（CDB）、PE的四个近邻 MLU：存储器逻辑部件