计算机系统结构的基本课件.pptVIP

2.實現可移植性的技術1)統一高級語言2)系列機思想3)模擬與仿真1.5系統中的並行性及其分類

1.5.1並行性概念1.並行性的含義及理解1)並行性:解題中具有可以同時進行運算或操作的特性。目的是為了能並行處理，提高解題效率。2)廣義並行性:只要在同一時刻或是在同一時間間隔內完成兩種或兩種以上性質相同或不同的工作，在時間上能相互重疊，都稱為並行性。包括同時性與併發性。3)同時性：兩個或多個事情在同一時刻發生。4)併發性：兩個或多個事情在同一時間間隔內發生。2.並行性等級1)從執行角度分a)指令內部——一條指令內部各個微操作之間的並行執行。b)指令之間——多條指令的並行執行。c)任務或進程之間——多個任務或程式段的並行執行。d)作業或進程之間——多個作業或多道程序的並行。硬體比例增大作業或進程間並行的關鍵在於並行演算法，即怎樣將有限的軟硬體資源有效的同時分配給正在解題的多個程式；任務或進程級間的並行主要涉及如何進行任務分解；指令之間的並行主要應解決和處理好指令之間存在的相互關聯；指令內部的並行主要取決於硬體和組成的設計。由上可以看出，並行性等級由高到低反映了硬體實現的比例在增大。所以並行性的實現是一個軟硬體功能分配的問題，需要折衷權衡。2)從數據處理角度a)位串字串——單字單位——串行單處理機b)位並字串——單字全位——並行處理機c)位片串字並——多字同位(位片)——多機串行d)全並行——多字多位——多機並行3)從資訊加工角度a)存貯器操作並行——同一個存貯週期訪問多字——並行存貯器、相聯處理機。b)處理器操作步驟並行——操作步驟在時間上重疊流水進行——流水線處理機。c)處理器操作並行——對同一條指令的多個數據組同時操作——陣列處理機。d)指令、任務、作業並行——多處理機同時對多條指令及相關多數據組的操作——多處理機。3.並行性開發途徑1)時間重疊a)方法：在並行性中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上錯開，輪流重複的使用同一套硬體設備的各個部分，以加快硬體周轉而提高速度。b)優點：不必增加額外硬體設備就可以提高電腦系統的性價比。取指分析執行(a)指令流水線kkkk+1k+1k+1k+2k+2k+2△t2△t3△t4△t5△tt取指分析執行部件(b)指令在流水線各部件中流過的時間關係2)資源重複a)方法：在並行性概念中引入空間因素。通過重複設置硬體資源來提高可靠性或性能。如雙工系統。b)優點：系統的速度性能得到很大提高。控制器CU處理單元PE0PE1PEN-1…??資源重複3)資源共用a)方法：利用軟體的辦法讓多個用戶按一定時間順序輪流使用同一套資源，以提高其利用率，這樣可以提高整個系統的性能。例如，多道程序分時系統就是利用共用CPU、主存資源，以降低系統價格，提高設備的利用率。b)優點：節省資源，效率高，介於上述兩種之間。1.5.2並行處理系統結構與多機系統耦合度1.並行處理系統的結構並行處理電腦是強調並行處理的系統。按其基本的結構特徵，可以分為以下四種：1)流水線電腦——時間重疊——多部件在時間上交錯重疊地並行執行運算和處理——以實現時間上並行。注意問題：解決好擁塞控制、衝突防止、分支處理、指令和數據的相關處理、流水線重組、中斷處理、流水線調度以及作業順序等。2)陣列處理機——資源重複——設置大量算術邏輯單元，在同一控制部件作用下同時運算和處理——以實現空間上的並行。注意問題：解決好處理單元間的靈活而有規律的互連模式及互連網絡的設計、存貯器組織、數據分佈等。3)多處理機——資源共用——由統一的OS控制共用I/O子系統、資料庫資源及處理機——以實現時間、空間上的非同步並行。注意問題：解決好處理機間的互連、存貯器組織、存貯管理、資源分配、任務分解、系統死鎖、進程間的通信與同步、多處理機的調度、系統保護等。4)數據流機——指令中的數據