计算机原理与系统结构第9章ppt课件.ppt

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1、第9章多机系统随着技术的发展，PC及嵌入式计算机(SoC)都不再是SISD结构。可以认为，一代SISD结构的计算机时代即将结束，取而代之的是以并行处理为特征的多机系统(即MIMD)时代。本章将简要介绍多处理机(器)系统及多计算机系统。29.1概述9.1.1并行处理1.时间重叠2.资源重复3.时间重叠加资源重复4.资源共享39.1.2并行计算机分类1.弗林分类1)单指令流单数据流(SISD)计算机2)单指令流多数据流(SIMD)计算机3)多指令流单数据流(MISD)计算机4)多指令流多数据流(MIMD)计算机49.1.2并行计算机分类2.并行结构的分类1)指令级并行2)

2、向量计算机和阵列计算机3)MIMD结构的多机系统(1)集中共享存储器结构。(2)分布式存储器结构。4)网格计算与云计算(1)网格计算。(2)云计算。①超大规模。②虚拟化。③高可靠性。④通用性。⑤高可扩展性。⑥按需服务。⑦极其廉价。59.2多机互联网络无论是构成什么结构的多机系统，都需要利用互联网络将构成系统的各部分连接起来。互联网络的性能将对整个多机系统的性能产生重要的影响。本节将讨论有关问题。69.2.1互联函数1.互联函数的表示方法1)输入/输出对应表示法2)函数表示法3)循环表示法2.基本互联函数1)恒等置换2)交换置换3)方体置换4)均匀洗牌置换5)加减2i置

3、换6)蝶形置换79.2.1互联函数3.互联网络特性1)网络的规模2)节点度3)距离4)网络直径5)等分宽度6)节点间的线长7)对称性89.2.2静态互联网络1.线性阵列2.环和带弦环3.循环移数网络4.树形和星形连接5.胖树形6.网格形及环网形99.2.2静态互联网络7.搏动式阵列8.超立方体9.k元n-立方体网络109.2.3动态互联网络1.总线1)回顾(1)内总线上的分时工作。(2)防止总线竞争。(3)总线的性能。(4)单处理器系统。2)基于总线连接的多机系统119.2.3动态互联网络2.多级网络1)概述2)开关模块3)控制方式(1)级控制。(2)单元控制。(3)

4、部分级控制。4)多级均匀洗牌网络(1)构成。(2)控制方式。(3)路径控制。5)全排列网络(1)增加镜像级数。(2)Clos网络。129.2.3动态互联网络(3)Benes网络。3.交叉开关网络1)构成2)优缺点3)多级交叉开关网络139.2.3动态互联网络4.多端口存储器1)构成2)优缺点5.以太网1)以太网的分类(1)标准以太网。(2)快速以太网。(3)千兆以太网。(4)万兆以太网。(5)十万兆以太网。2)以太网的拓扑结构(1)总线型。(2)星形。(3)环形。(4)树形。3)以太网的工作原理149.2.3动态互联网络6.InfiniBand网159.3对称多处理机

5、系统9.3.1对称多处理机的构成1.SMP的结构2.SMP的特点(1)这样的系统是由两个以上的多个相同的处理机构成的。(2)多个处理机通过总线或其他互连方式连接在一起。图9-31中，是利用系统总线将这些处理机连在一起。(3)多个处理机共享同一主存储器。并且，每一个处理机访问主存储器的时间是相同的，也就是一致的。这或许就是一致性存储器访问计算机(UMA)的来历。(4)所有的处理机通过相同的通道或不同的通道共享I/O设备。(5)每一处理机都能完成相同的功能，这或许是对称多处理机中对称的由来。(6)整个对称多处理机系统是在一个集中的操作系统统一管理下工作。操作系统能够为每一

6、个处理机安排进程或线程，对各处理机的工作进行统一的调度与控制。169.3.1对称多处理机的构成3.SMP的优点(1)由于SMP包含多个处理机，而这些处理机可以并行工作。因此，SMP具有比单个处理机构成的系统更高的性能。后面将分析多处理机系统的加速比，到时就可以看到这种情况。(2)SMP具有高的可靠性和高的可用性。这是因为系统中包含有多个处理机，当某处理机出现故障时，除此处理机之外的那些处理机仍然可以工作，并不会因此而停止系统的工作，只是会由于一个处理机有了故障而使整个系统的性能有所下降。(3)由图9-31可以看到，SMP系统具有很好的扩展性能。也就是说，用户可以比较容

7、易地在系统中增加一个处理机，只要将相同的处理机连接在系统总线即可达到目的，从而可以较方便地增强系统的性能。(4)可以灵活地按照用户的需求构成不同数量处理机的SMP系统。179.3.1对称多处理机的构成4.构成SMP应注意的问题1)核结构研究：同构还是异构2)Cache设计3)核间通信技术4)总线设计5)操作系统设计6)存储器7)可靠性及安全性设计189.3.2多机系统的性能分析1.任务粒度2.性能分析1)两台处理机2)N台处理机199.3.3对称多处理机系统Cache的一致性1.问题的提出1)产生Cache不一致性的主要原因(1)共享数据。(2)进程