计算机体系结构第一章 体系结构基本概念之二
29页1、ComputerArchitecture(计算机体系结构计算机体系结构)主讲人:主讲人:金星金星 QQ:65149264QQ:65149264Email:jinxingmail.hzau.edu Email:jinxingmail.hzau.edu 精选pptl1.5系统结构中的并行性及其开展精选ppt一、并行性的概念一、并行性的概念1并行性的定义并行性的定义l并行性的开发是提高系统结构性能的主要手段之一并行性的开发是提高系统结构性能的主要手段之一l并行性的定义:并行性的定义:解题中具有可以同时进行运算或操作的特性,称解题中具有可以同时进行运算或操作的特性,称为并行性。为并行性。l并行性的分类:并行性的分类:同时性:两个或多个事件在同一时刻发生;同时性:两个或多个事件在同一时刻发生;并发性:两个或多个事件在同一时间间隔内发生。并发性:两个或多个事件在同一时间间隔内发生。精选ppt2 并行性的等级 按照不同的角度与标准可以分为不同的等级按照不同的角度与标准可以分为不同的等级(1)(1)从执行程序的角度看从执行程序的角度看 l l指指令令内内部部并并行行:指指令令内内部部的的微微操操作作之
2、之间间的的并行。并行。l l指令级并行:并行执行两条或多条指令。指令级并行:并行执行两条或多条指令。l l任任务务级级或或过过程程级级并并行行:并并行行执执行行两两个个或或多多个过程或任务个过程或任务(程序段程序段)。l l作作业业或或程程序序级级并并行行:在在多多个个作作业业或或程程序序间间的并行。的并行。精选ppt(2)(2)从处理数据的角度从处理数据的角度l字串位串字串位串WSBS(wordserialandbitserial)l每次只能处理一个字的一位,第一代计算机开展初期每次只能处理一个字的一位,第一代计算机开展初期的纯串行计算机。的纯串行计算机。l字串位并字串位并WSBP(wordserialandbitparallel)l每次处理一个字的每次处理一个字的n位,如位,如STARAN,MPP,DAP等传等传统的位并行单处理机属于这种结构。统的位并行单处理机属于这种结构。精选pptl字并位串字并位串WPBS(wordparallelandbitserial)一次处理一次处理m个字中的一位,这是传统并行单处理机个字中的一位,这是传统并行单处理机精选pptl字并位并字并位并WPBP
3、(wordparallelandbitparallel)全并行方式,每次处理全并行方式,每次处理m个字的个字的n位,大多数阵列处理位,大多数阵列处理机和多处理机都是这种结构,例如,机和多处理机都是这种结构,例如,PEPE,ILLIAC4,Cmmp。主要缺点:仅考虑了数据的并行性,没有考虑指令、任务、主要缺点:仅考虑了数据的并行性,没有考虑指令、任务、作业的并行作业的并行。精选ppt(3)从信息加工的各阶段的并行性来看,可分从信息加工的各阶段的并行性来看,可分为为l存储器操作并行;存储器操作并行;l处理器操作步骤并行;处理器操作步骤并行;l处理器操作并行;处理器操作并行;l指令、任务、作业并行指令、任务、作业并行精选ppt3并行性开发的途径并行性开发的途径1时间重叠:时间重叠:多个处理过程在时多个处理过程在时间上错开,轮流重叠间上错开,轮流重叠的使用同一套硬件的使用同一套硬件的各局部。的各局部。精选ppt并行性开发的途径并行性开发的途径2资源重复:资源重复:重复设置硬件资源重复设置硬件资源提高可靠性与性能。提高可靠性与性能。3资源共享:资源共享:利用软件的方法让利用软件的方法让多个用户按
4、照一定多个用户按照一定的时间顺序轮流使的时间顺序轮流使用同一套资源,提用同一套资源,提高资源利用率。高资源利用率。精选ppt二、并行处理系统的结构二、并行处理系统的结构1并行处理系统的分类并行处理系统的分类l流水线计算机流水线计算机通过时间重叠让多个部件在时间上交错重叠地并行执通过时间重叠让多个部件在时间上交错重叠地并行执行运算和处理。行运算和处理。l阵列处理机阵列处理机大量的设置算逻运算单元,在同一控制部件的作用下大量的设置算逻运算单元,在同一控制部件的作用下同时运算和处理。同时运算和处理。l多处理机系统多处理机系统共享输入共享输入/输出子系统、数据库资源、或主存的一组处输出子系统、数据库资源、或主存的一组处理机,在操作系统的统一控制下,实现异步并行。理机,在操作系统的统一控制下,实现异步并行。l数据流计算机数据流计算机由数据驱动程序执行。由数据驱动程序执行。精选ppt2多机系统的耦合度各计算机之间的联系紧密程度。各计算机之间的联系紧密程度。l l最最低低耦耦合合:除除通通过过某某种种中中间间存存储储介介质质之之外外,各各计计算算机机之之间间没没有有物物理理连连接接,也也没没共共享享
5、的的联联机机硬硬件资源。件资源。l l松松散散耦耦合合:通通过过通通道道或或通通信信线线路路实实现现机机间间互互连连,共共享享某某些些外外围围设设备备,这这些些计计算算机机或或者者是是功功能能专专用化,或者是为了资源共享。用化,或者是为了资源共享。l l紧紧密密耦耦合合系系统统:机机间间物物理理连连接接的的频频带带较较高高,通通过过总总线线或或高高速速开开关关实实现现互互连连,可可以以共共享享主主存存,具有较高的数据传输率。具有较高的数据传输率。精选ppt3 Flynn3 Flynn分类法分类法l1966年年M.J.Flynn提出提出lFlynn分类法分类法:根据指令流和数据流的多倍性对计算根据指令流和数据流的多倍性对计算机系统结构进行分类,机系统结构进行分类,l根本思想根本思想:是计算机工作过程是指令流的执行和数据是计算机工作过程是指令流的执行和数据流的处理。流的处理。精选pptFlynn分类法分类法单指令流单数据流单指令流单数据流SISD;单指令流多数据流单指令流多数据流SIMD;多指令流单数据流多指令流单数据流MISD;多指令流多数据流多指令流多数据流MIMD;精选pptlSIS
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