高级计算机体系结构第3章课件.ppt

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1、第三章并行计算机体系结构1第一节并行计算机系统简介一、并行向量处理机1、向量处理方式*横向处理：每次处理完向量的一个分量如—D=A×(B+C)，N次处理di=ai×(bi+ci)*纵向处理：每次处理完向量的一个子操作如—两次处理E=B+C及D=A×E特征—向量长度不受限制，宜于M-M型向量处理机*纵横处理：对向量分组，组内纵向、组间横向处理特征—组内长度n受硬件限制，宜于R-R型向量处理机存储系统载入缓冲器存储缓冲器流水处理部件回下页22、向量处理机结构根据向量元素和结果存放位置，可分为M-M和R-R型*向量功能部件：向量的各分量采

2、用流水操作方式*向量存取部件：采用特殊手段完成向量快速存取*向量寄存器：由V、VM、VL组成主存标量寄存器标量功能部件向量功能部件向量寄存器/向量缓冲器向量指令控制部件向量存取部件指令处理部件向量功能部件…向量处理机大容量存储器主计算机用户I/O向量功能部件转上页33、提高向量处理性能的方法(1)多个功能部件并行操作技术*向量指令并行执行的条件：a)不存在向量寄存器使用冲突b)不存在功能部件使用冲突(2)链接技术采用“旁路”思想，解决指令中向量寄存器的RAW冒险，实现向量指令串的“并行”执行(3)条件语句和稀疏矩阵的处理技术利用向量

3、屏蔽控制技术，将标量语句循环→向量语句；利用位向量+压缩向量技术实现稀疏矩阵，减少带宽需求(4)向量规约技术对向量寄存器的分量计数器进行控制，实现复杂功能44、并行向量处理机(PVP)*定义：由多个向量处理器(VP)构成的能够并行处理多个向量的向量多处理机，又称多向量机互连网络(纵横交叉开关)…VPVPVP…SMSMSM并行向量处理机PVP*特点：属于MIMD类型机；每个VP按地址可访问所有MEM(SM)*节点互连：能够同时实现任意节点间互连；一般采用交叉开关实现(n入到达任意n出)5二、SIMD计算机1、SIMD机结构*结构特点：

4、控制器(CU)执行标量和程序流控制指令；所有PU操作相同，数据不同；不同结构时互连网络的作用(方向)不同*节点互连：要求能够同时实现多对(非任意)节点间互连└→基于互连硬件设计并行算法集中式SIMD互连网络CUM0M1Mm-1···PU0PU1PUn-1···M0PU0PE0CU互连网络Mm-1PUn-1PEn-1···分布式SIMD62、SIMD并行算法*常用算法：有限差分、矩阵加、矩阵乘、累加求和等*与SIMD计算机关系：不同SIMD计算机(互连网络可能不同)支持的并行算法不同及算法实现效率不同3、SIMD互连网络*常用拓扑结构

5、：网格、环状、超立方体等*控制方式：集中式控制(外部、控制信号)*特征：拓扑结构不同，实现的功能与性能不同，对并行算法的支持程度不同☆并行算法与SIMD互连网络结构有很大关系回9页7三、共享存储多处理机*结构特点：属于紧耦合(MEMBUS互连)MIMD系统；所有MEM构成单一地址空间*访存特点：处理机可直接访问所有MEM，且访问时间均相同；各节点间通过共享变量方式实现通信PM互连网络···P1/C1注：P--处理机(带CU)PU—处理单元(不带CU)C--高速缓存SM--共享存储器D--I/O设备D1P2/C2Pn/CnSM1···

6、SM2SMmPIO互连网络Dd···回11页8*分类：根据P的类型，可分为同构/异构型；根据P与D的连接特性，又可分为对称/不对称型一般设计—同构对称型、异构不对称型*节点互连：要求能够实现任意节点间互连，但不要求同时控制方式—分布式控制(内部、消息目标地址)转7页9四、分布存储多计算机*节点：由处理器、存储器和I/O设备组成的计算机*结构特点：可分为紧耦合和松耦合(I/OBUS互连)MIMD系统；所有MEM构成多个地址空间*访存特点：处理机只能直接访问本地MEM；各节点间通过消息传递方式实现通信*节点互连：要求能实现任意节点间互连

7、，但不要求同时回下页互连网络···注：LM--局部存储器；NIC--网络接口电路LM1NIC1P1/C1MB节点1节点n互连网络···节点nLM1NIC1P1/C1MB节点1Bridge1IOB10五、分布共享存储多处理机*结构特点：根据互连方式，分为紧耦合和松耦合MIMD系统；所有MEM构成单一地址空间(硬件或软件实现)*访存特点：处理机可直接访问所有MEM，但访问时间不相同；各节点间通过共享变量方式实现通信转上页转8页互连网络···注：M--硬件或软件全局编址的存储器M1NIC1P1/C1MB节点1节点n互连网络···节点nM1

8、NIC1P1/C1MB节点1Bridge1IOB11*节点互连：要求能够实现任意节点间互连，但不要求同时*MIMD的可扩展性比较：共享存储多处理机—不易扩展(互连网络成为瓶颈)分布存储多计算机—易扩展(访问本地MEM概率高)分布共享存