高级计算机体系结构.pdf

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1、8.1Introductionò观点----单处理器无前途，只有走多处理器这条路。高级计算机体系结构ò反观点----在1985-1995十年间，单处理器机器速度提高率为50年代初使用晶体管以来最第八章多处理器计算机结构高。认为单处理器前途无限。（实质为微处理器）。ò折衷观点----并行机毫无疑问将在未来起更大作用，但不是现在（butnotnow)。石教英并行机在未来作用更大的理由作者观点ò因为微处理器可能仍将主宰但处理器机器，因此除ò微处理器速度的高速进展至少将维持到了提高微处理器速度之外，合乎逻辑的提高速度方进入下以世纪。但是一旦微处理器进展法是将多个微处理器连接在一起，这比设

2、计专用处理器要便宜得多。速度放慢之后，多处理器系统结构将更ò1985年以来，曾给微处理器带来高速性能的体系有吸引力。结构创新步伐是否仍能保持下去。我们在第4章中已看到，现代多发射处理器已变得无法相信的复杂。因此，期望通过增加复杂度和硅片面积来提高性能的势头将有所减弱。ò影响并行机普遍使用的主要障碍----软件问题已出现缓慢的但不断的进展。如何介绍多处理器系统结构8.2并行系统结构分类ò多处理器系统结构的内容极其丰富，分支很ò分类目的多，很多的新思想出现了，又消失了，并且是–了解多处理器的不同设计方案；失败多于成功。因此不可能完整地介绍这一领–理解多处理器系统结构是如何逐步发展到今

3、天域，避免经不起时间考验。主流形式的。ò重点介绍多处理器设计的主流----中、小规模多ò多处理器的基本思想，可追溯到计算机的早处理器，级处理器数<100。期阶段。–提高性能ò介绍一点处理器数>100的大规模并行机，因为：–提高可靠性–至少在90年代中期，此类机器的未来系统结构并为确定。–市场生命力值得怀疑。1Flynn分类法----指令刘、数据流并行性发展历史（1）òSISD----单处理器ò历史上最早成功的多处理器机为SIMDòSIMD----Singleinstructionmemoryand–connectionmachine64K1bitprocessorscontrol

4、processor,Multipledatamemories–IlliacIV64个64bitprocessors(eachprocessorhasitsowndataò作为通用机，80年代重新崛起memory)(多为专用处理器）–Thinkingmachine,MasParòMISD----未实现，无产品，但可能将来会ò但再次回落，理由有。–不灵活，不适用于很多问题，当scaledownòMIMD----每一处理器取它自己的指令，运行时，性/价比变差。于它自己的data，处理器多为现成的微处理–无法利用高性价比的微处理器，而必须设计专器。用processor。发展历史（2）MI

5、MD分类òSIMD多处理器作为专用机，特别是在imageò可根据处理器个数分类，单处理器个数直接和signal处理领域的arrayprocessor，仍有影响到存储器组织和互连网策略。而处理器前途。个数的多少也将随事件发生变化。ò近年来，MIMD作为通用多处理器系统结构的主要技术正在崛起。ò根据存储器组织来分类：–灵活性，既可作单用户机，面向解决单个的高–集中共享存储器式系统结构（centralized性能应用；也可运行多任务多道程序，或用于shared-memoryarchitecture）上述两种混合方式。–分布存储器式系统结构（distributed-memory–可利用高

6、性价比的微处理器。architecture）集中共享存储器式系统结构集中共享存储器多处理器的基本结构(p638)（在90年代中期）由几十个处理器组成。由三个特点：ò处理器数量不大----从而所有处理器可共享一ProcessorProcessorProcessorProcessor个集中式存储器，处理器和存储器通过总线互连。OneorOneorOneorOneorò采用大容量Cache----可使采用单一总线和单morelevelsmorelevelsmorelevelsmorelevelsofcacheofcacheofcacheofcache一存储器满足数目不多处理器对存储器的

7、要求。ò每一处理器访问存储器的时间是相等的（一MainmemoryI/O系统致的）----故称为UMA（uniformmemoryaccess)机器。2分布存储器多处理器的基本结构分布存储器体系结构（Ep639）支持大量处理器组成的多处理器体系结构，有ProcessorProcessorProcessor以下三大特点：+cache+cache+cacheò处理器个数多----从而导致存储器必须为分布式MemoryI/OMemoryI/OMemoryI/O的，即每一处理器配备一个存