计算机系统结构报告

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1、计算机系统结构研究性报告班级：姓名：学号：题目：并行体系结构的发展之路从1946年世界上第一台计算机ENIAC诞生至今的50多年时间里，计算机的体系结构发生了巨大的变化。尤其是过去的10年，是超级计算机、特别是并行机飞速发展、走向成熟的10年。10年中CPU芯片的性能翻了几番，计算机工作者发明了Wormhole（虫蚀寻径）技术，找到了更符合实际的LogP并行计算模型，创造了成百的不同规模、不同拓扑结构的并行平台。特别是，由于多种软硬件技术的进步，使既具有可扩展性、又具有可编程性的、分布式共享存贮结构的并行机成为可能。并行计算机已理所当然地成为当今超级计算机的主流。一、并

2、行计算机发展的推动力计算机的出现对世界经济的发展以及人们的生活都产生了巨大的影响。而生产力的持续增长以及各种应用领域对高性能、低价格计算能力的要求，也极大地推动了计算机本身的发展。并行计算技术就是在这个过程中得以产生并不断发展的。传统上，科学与工程计算领域对并行计算能力的要求总是永无止境的。作为三大科学研究手段之一的高性能计算机，其发展的根本动力来自于各类科学技术对计算机性能永无止境的需求和生产的实际需要。1992年，美国高性能计算和通信计划（HighPerformanceComputingandCommunication，HPCC）提出了科学与工程计算领域里具有深远影

3、响的一些重大挑战性课题，其中包括中长期天气预报、湍流分析、海洋环流建模、空气动力学、三维等离子体研究、药物分子结构设计、全球气候变化、结构生物学、图像理解等诸多方面。所有这些课题全都具有极大的计算量，因而无一不对计算机的性能提出了非常高的要求。同时，这些问题又都非常适合于进行并行计算，因此，这种需求也正是推动并行计算机体系结构不断发展演进的原动力。在1996年的“SuperComputing'96”大会上，美国政府HPCC计划全国协调委员会主席JohnToole在题为“危机、创新与机会：HPCC将向何处去”的报告中对此做了很好的说明。他指出，高性能计算与通信对美国的国家

4、安全及保持美国在未来的优势至关重要。美国政府将在高端计算机与通信、大规模网络、高可信系统等5个方面制定10～15年的长期计划，保持长期持续性投资。----随着计算机技术、网络技术的迅速发展及其对经济与生活影响的日益深入，新的应用、新的需求也不断地涌现了出来。HPCC所列举的科学计算需要的是具有超级计算能力的大型计算机系统，甚至巨型计算机系统，但这个领域毕竟位于金字塔的顶端，市场空间有限。而在商业领域，随着信息化进程的不断深入，大型数据库系统得到了广泛的应用，网络信息服务业以惊人的速度扩展，电子商务也在日益普及。这些新的领域对计算能力的需求虽然不及科学计算，但是它们也需要

5、大规模的数据存储系统以及大规模的计算能力，并且天生就具有很好的并行性。因此，它们也从市场的角度对并行计算提出了新的要求。----另一方面，并行计算机体系结构的发展又和处理器、存储器以及网络互连技术的发展密不可分。由于受到当时技术水平的限制，早期的计算机都只是单机系统。随着计算机的基本元件从电子管发展到晶体管，计算机的体积大大地缩小了，从而在60年代初出现了最早的采用并行体系结构的计算机。此后，集成电路、大规模集成电路以及超大规模集成电路相继出现，而并行计算机的体系结构则随之不断发展，性能也得到了极大的提高。商品化微处理器和PC工业有如一对孪生兄弟，自80年代中期以来，两

6、者都得到了迅猛的发展。微处理器的性能不断提高，价格也不断下降。在越来越多的并行计算机系统也开始采用这种具有极高性能价格比的处理单元以后，超级并行计算机就进入了一个新的时代。到了90年代，即使是在PC服务器领域，也出现了大量相对比较廉价的多处理机系统，并行计算的应用达到了前所未有的广度和深度。----“并行计算机是由一组处理单元组成的；这组处理单元通过相互之间的通信与协作，以更快的速度共同完成一项大规模的计算任务。”这就是并行计算机的经典定义。这个定义并没有包含更多的细节，但是从中我们也不难看出并行计算机的两个最主要的组成部分：计算节点和节点间的通信与协作机制。----并

7、行计算机体系结构的发展变化非常快，而这种变化主要体现在计算节点性能的提高以及节点间通信技术的改进两方面。长期以来，超大规模集成电路技术一直在按照摩尔定律高速发展，芯片的元件密度以及时钟频率在不断提高，从而大大提高了作为并行计算机基本处理单元的微处理器的性能。而在通信技术方面，传统的交叉开关的切换速度不断提高，而新的高速网络技术也不断应用到并行计算机中，从而大大提高了节点间通信的速率。一、计算机并行体系结构的分类3.1Flynn分类法1972年，MichealFlynn根据指令和数据流的概念对计算机的体系结构进行了分类，这就是所谓的Flyn