计算机体系结构 (7)(精品·公开课件).ppt

五、加速比的概念 加速比的常规定义 加速比概念的延伸 六、非线性流水线的概念 非线性流水线的预约表 延迟禁止表 初始冲突向量 状态转移图：调度方案、平均延迟 七、指令级高级并行超级处理机 超标量处理机 超长指令字处理机 超流水线处理机 处理机并行的度 第六章 多机系统§1概述 一、并行性概念 并行性是指在执行任务过程中可同时进行的运算或操作。 1.?开发并行性的目的 提高计算机的运行效率 2.?并行性的含义 具有双重含义：同时性与并发性 同时性是指两个或两个以上的事件在同一时刻发生。 并发性是指两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。 3.并行性的意义 1）并行意味着有多个事件在并行执行，当这多个事件都在完成同一性质的处理时，意味着单位时间完成的结果数增加了，从而可提高对数据处理速度。 2）并行同样意味着多个事件中并行处理，当这些处理都在为一个目的工作时，从提高可靠性出发，按多数表决法，对多数得出的相同结果具有高的可靠性。 3）并行也可能意味着要增加硬件成本，因而 需根据性能价格比来评价这种开销是否合理。 并行处理的四个等级： 单机流水处理中一条指令内多个操作的并行处理; 并行处理机多条相同指令的并行处理（指令间）; 多处理机多个任务的并行处理; 多计算机系统多程序（作业）的并行处理。 三、多机系统的耦合度 1.何谓耦合度 多机之间相互的通信控制能力或相互依赖程度，称为多机之间的耦合度。 2.三种耦合度 1）最低耦合：多机之间几乎没有共享设备，如仅用二、三条线连接起来的计算机。（如RS232C通信）。 2）松散耦合：多机之间有一定的共享设备，如大型的主机与外围机，它们之间共享受主存，I/O通道。但它们之间也可相对独立工作，又如连接在网络上的计算机，连接在局域网上的计算机共享硬盘。处理机间一般通过消息传递系统交换信息，也有通过通道互联实现处理机间的通讯。 3）紧密耦合：耦合度最高，相互依赖很强，如阵列式多处理机的CU（控制部件）和PU（处理部件）之间。通过共享主存实现处理机间的通讯，通讯速率受限于主存频宽。 四、多机系统的分类及特点 多机系统指的是多处理机系统和多计算机系统。 1.多处理机系统 1）各处理机共享I/O通道。 2）属于紧耦合。 3）表现形式有： 并行(阵列)式多处理机系统； 分布式多处理机系统。 2.多计算机系统 1）各处理机具有自己的I/O通道和主存 2）属于最低耦合或松耦合 3）典型表现为计算机网络。 3 阵列处理部件A 1）由64个PU组成，且排列成8*8的阵列结构。 二、阵列式多处理机适应的算法 1. 二维调和函数的求解 二维调和函数的求解U(x,y):满足二维拉普拉斯方程的函数，即 其中：h是网格点的间距，(x,y)为网格点坐标。 利用此法计算，又称为平滑或滤波，目的是消除偶然干扰。 2 矩阵加 1）有如下两个矩阵 2）阵列存储器分配 每个局部存储器占用三个单元 3 矩阵乘 用阵列式多处理机完成矩阵乘法，不如阵列流水线处理机，因为用矩阵乘法运算比矩阵加法复杂，对阵列多处理机各部件的利用率不如矩阵加。 4 可加速累加和的形式（与单机比较） 1）计算 2）参数存放3）计算过程①PU0、PU1、PU2、PU3分别取出a0，a2，a4，a6；②PU0、PU1、PU2、PU3再分别取出a1，a3，a5，a7；③四个PU分别求和计算得S1、S2 S3、S4； ④PU1→PU0由PU0计算S1+S2，PU3→PU2，由PU2计算S3+S4；⑤PU2→PU0由PU0计算S。 三、SIMD互连网络 1. 概述 1）互连：实现处理机之间相互连接，称互连。 2）互连网络：实现处理机之间相互连接的某种拓扑结构的逻辑电路，称互连网络。 3）互连函数：实现处理机之间相互连接的某种拓扑结构的逻辑函数，称互连函数。 4）对互连网络的评价 ①要有利于实现； ②要有一定的通信频带； ③要有一定的灵活性，可实现多种连接通信。 5）互连网络的主要类型 ①从性质上分 Ⅰ）立方体（cube）互连网络 Ⅱ）PM2I互连网络 Ⅲ）混洗交换互连网络 ②从级数多少来分 Ⅰ）单级互连网络 Ⅱ）循环互连网络（物理一级但可实现多级） Ⅲ）多级互连网络 6）互连函数中，部件（或处理机）的编码。 设用n位二进制来表示部件编码，即有：Pn-1Pn- 2…P2P1P0 当用3位二进制数表示时（即n=3）则有：P2P1P0 2. 单级立方体（Cube）互连