计算机体系结构第8章

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1、第8章多处理机张晨曦刘依www.GotoSchool.netxzhang2000@sohu.com8.1引言8.2对称式共享存储器系统结构8.3分布式共享存储器系统结构8.4同步8.5同时多线程8.6多处理机实例8.1引言1.单处理机系统结构正在走向尽头？2.多处理机正起着越来越重要的作用。近两年来，我们已经开始进入多处理机将起主要作用的新时期。期望：将来更加普及问题：如何发挥其潜在计算能力？（并行程序）应用是否具有足够的并行性？并行计算机应用软件已有了稳定的发展。（尽管缓慢）并行处理已经成为重要和主流的技术。3.本章重点：中小规模的计算机(处理器的个数

2、＜128)（多处理机设计的主流）8.1引言Flynn分类法SISD、SIMD、MISD、MIMDMIMD已成为通用多处理机系统结构的选择，原因：MIMD具有灵活性。MIMD可以充分利用商品化微处理器在性能价格比方面的优势。计算机机群系统（cluster）是一类广泛被采用的MIMD计算机。8.1.1并行计算机系统结构的分类8.1引言根据系统中处理器个数的多少，可把现有的MIMD计算机分为两类：（每一类代表了一种存储器的结构和互连策略）集中式共享存储器结构动画最多由几十个处理器构成。通过大容量的Cache和总线互连使各处理器共享一个单独的物理存储器。这类计

3、算机有时被称为SMP计算机（Symmetricshared-memoryMultiProcessor）UMA计算机（UniformMemoryAccess）8.1引言对称式共享存储器多处理机的基本结构8.1引言分布式存储器结构动画每个结点包含：处理器存储器I／O互连网络接口在许多情况下，分布式存储器结构优于集中式共享存储器结构。8.1引言8.1引言分布式存储器结构的优点如果大多数的访问是针对本结点的局部存储器，则可降低对存储器和互连网络的带宽要求。对局部存储器的访问延迟低。最主要的缺点处理器之间的通信较为复杂，且各处理器之间访问延迟较大。簇：超级结点每个

4、结点内包含个数较少（例如2～8）的处理器；处理器之间可采用另一种互连技术（例如总线）相互连接形成簇。8.1引言地址空间的组织方案（两种）共享地址空间物理上分离的多个存储器作为一个逻辑上共享的存储空间进行编址。任何一个处理器可以访问该共享空间中的任何一个单元（如果它具有访问权），而且不同处理器上的同一个物理地址指向的是同一个存储单元。这类机器的结构被称为分布式共享存储器结构（DSM:DistributedShared-Memory)NUMA机器（NUMA:Non-UniformMemoryAccess)8.1.2通信模型和存储器的结构模型8.1引言整个地址

5、空间由多个独立的地址空间构成，它们在逻辑上也是独立的，远程的处理器不能对其直接寻址。每一个处理器-存储器模块实际上是一台单独的计算机现在的这种机器多以集群的形式存在两种通信机制共享地址空间的机器利用load和store指令中的地址隐含地进行数据通信。多个地址空间的机器通过处理器间显式地传递消息来完成。（消息传递多处理机）8.1引言消息传递计算机通过传递消息来请求某些服务或传输数据，从而完成通信。例如：一个处理器要对远程存储器上的数据进行访问或操作：发送消息，请求传递数据或对数据进行操作；远程进程调用(RPC，RemoteProcessCall)目的处理器

6、接收到消息以后，执行相应的操作或代替远程处理器进行访问，并发送一个应答消息将结果返回。同步消息传递请求处理器发送一个请求后一直要等到应答结果才继续运行。8.1引言异步消息传递发送方不经请求就直接把数据送往数据接收方。通信机制的性能指标（3个）通信带宽理想状态下的通信带宽受限于处理器、存储器和互连网络的带宽。通信延迟理想状态下通信延迟应尽可能地小。通信延迟＝发送开销＋跨越时间＋传输延迟＋接收开销跨越时间：数字信号从发送方的线路端传送到接收方的线路端所经过的时间。传输时间：全部的消息量除以线路带宽。8.1引言通信延迟的隐藏如何才能较好地将通信和计算或多次通

7、信之间重叠起来，以实现通信延迟的隐藏。通常的原则：只要可能就隐藏延迟。通信延迟隐藏是一种提高性能的有效途径，但它对操作系统和编程者来讲增加了额外的负担。不同通信机制的优点共享存储器通信的主要优点与常用的对称式多处理机使用的通信机制兼容。易于编程，同时在简化编译器设计方面也占有优势。8.1引言当通信数据量较小时，通信开销较低，带宽利用较好。通过硬件控制的Cache减少了远程通信的频度，减少了通信延迟以及对共享数据的访问冲突。消息传递通信机制的主要优点硬件较简单。通信是显式的，因此更容易搞清楚何时发生通信以及通信开销是多少，以便编程者和编译程序设法减少通信开

8、销。8.1引言可在支持上面任何一种通信机制的硬件模型上建立所需的通信模式平台。在