并行计算机体系结构.pptx

1并行并行计算机算机体系体系结构构-2一、一、课程目程目标1.1.并行性理并行性理论的研究的研究 并行并行计算机系算机系统模型与体系模型与体系结构；构；并行程序并行程序设计模型与通信模型；模型与通信模型；并行并行计算机性能算机性能评测方法；方法；可可扩展性原理及展性原理及实现方法。方法。2.2.并行技并行技术和和结构的研究构的研究 微微处理器并行技理器并行技术；互互连网网络技技术；共享存共享存储技技术及体系及体系结构；构；分布存分布存储技技术与可与可扩展体系展体系结构；构；通信通信时延包容技延包容技术。-3二、参考教材二、参考教材1 1、并行、并行计算机体系算机体系结构，构，陈国良等著，高等教育出版社，国良等著，高等教育出版社，ISBN 7-04ISBN 7-0411558-111558-1，2002.92002.92 2、并行、并行计算机体系算机体系结构，构，David E.CullerDavid E.Culler等著，李等著，李晓明等明等译，机械工机械工业出版社，出版社，ISBN 7-111-07888-8ISBN 7-111-07888-8，2002.102002.103 3、可、可扩展并行展并行计算算技技术、结构与构与编程，程，黄黄铠、徐志、徐志伟著，著，陆鑫达鑫达等等译，机械工机械工业出版社，出版社，2000.52000.54 4、计算机系算机系统结构构一种定量的方法一种定量的方法(第第5 5版版)，John L.John L.HennessyHennessy等著，等著，郑纬民等民等译，清，清华大学出版社，大学出版社，2002.82002.85 5、计算机系算机系统结构构(第二版第二版)，郑纬民、民、汤志忠著志忠著，清，清华大学出大学出版社版社，1998.91998.9-4第一章第一章 系系统结构构设计基基础 -5第一第一节 计算机系算机系统结构概念构概念 一、一、计算机系算机系统结构概念构概念 1 1、计算机系算机系统层次次结构构软硬件硬件交界面交界面L6L6：应用用语言言级L5L5：高：高级语言言级L4L4：汇编语言言级L3L3：操作系：操作系统级L2L2：机器：机器语言言级L1L1：微程序机器：微程序机器级L0L0：电子子线路路 硬件硬件固件固件软件件虚虚拟机机器器实际机机器器翻翻译（应用程序包）用程序包）翻翻译（编译程序）程序）翻翻译（汇编程序）程序）解解释硬件直接硬件直接执行行部分解部分解释计算机算机语言言实现技技术回下页-62 2、计算机系算机系统设计方法方法(1)(1)由上向下方法由上向下方法 从从软件到硬件，适合件到硬件，适合专用机的用机的设计 结果：果：形成形成软、硬脱、硬脱节(2)(2)由下向上方法由下向上方法 从硬件到从硬件到软件，适合通用机的件，适合通用机的设计 结果：果：形成形成软、硬脱、硬脱节(3)(3)从中从中间开始方法开始方法 从从软、硬件交界面、硬件交界面开始开始设计 要求：要求：不断不断进行交互、行交互、优化化设计 需要需要较好的好的评价工具和方法价工具和方法转上页-73 3、系、系统结构定构定义 *精确定精确定义：机器机器语言程序言程序员、编译程序程序编写者写者所看到的所看到的计算机的算机的属性属性，即概念性，即概念性结构和功能特性构和功能特性 概念性概念性结构构系系统的的软、硬件功能界面；、硬件功能界面；功能特性功能特性界面的功能分配，即界面的接口或界面的功能分配，即界面的接口或组织 *实质：研究研究软硬件硬件之之间的界面定的界面定义及及其上下的功能分配其上下的功能分配 *基本定基本定义：程序程序员所看到的所看到的计算机的算机的属性属性 *研究内容：研究内容：数据表示、数据表示、寻址方式、指令系址方式、指令系统，寄存器，寄存器组织;存存储系系统；中断机构、中断机构、I/OI/O结构；构；机器工作状机器工作状态定定义和切和切换、信息保、信息保护回下页-8CPUCPU键盘接口接口键盘显卡卡显示器示器MEMMEM磁磁盘接口接口磁磁盘机机器器语言言级机机器器输入入设备触触发程程序序执行行指令系指令系统程程序序员看看到到的的属属性性信息保信息保护机器状机器状态存存储系系统I/OI/O系系统中断系中断系统计算机系算机系统结构包含内容示意构包含内容示意图进程管理程序程管理程序作作业管理程序管理程序文件管理程序文件管理程序存存储管理程序管理程序设备管理程序管理程序信息保信息保护操操作作系系统级机机器器注：注：作作业管理管理包含用包含用户界界面面功能功能转上页-9 计算机算机组成包含内容成包含内容数据通路数据通路宽度、度、专用部件用部件设计、各种各种OSOS共享程度、功能部件并行度、控制机构共享程度、功能部件并行度、控制机构组成方式、排成方式、排队与与缓冲技冲技术、预估与估与预判技判技术、可靠性技、可靠性技术等等 *系系统结构、构、计算机算机组成、物理成、物理实现三者关系：三者关系：1 1:n:n 1 1:m m 系系统结构构 计算机算机组成成 物理物理实现 *计算机算机组成：成：定定义计算机系算机系统设计人人员看到的基本属性看到的基本属性 实质是系是系统结构的构的逻辑实现-104 4、计算机系算机系统结构构设计步步骤(1)(1)需求分析需求分析 在在应用用环境、所用境、所用语言种言种类及特性、及特性、对OSOS的特殊要求、所的特殊要求、所用外用外设特性、技特性、技术经济指指标、市、市场分析等方面分析等方面进行分析行分析(2)(2)需求需求说明明 形成形成设计设计准准准准则则、功能、功能说明、器件性能明、器件性能说明明等需求等需求(3)(3)概念性概念性设计 进行行软、硬件功能分析，确定机器、硬件功能分析，确定机器级界面界面(4)(4)具体具体设计 机器机器级界面各方面的确切定界面各方面的确切定义，可考，可考虑几种方案几种方案(5)(5)反复反复进行行评价及价及优化化设计-115 5、并行并行体系体系结构构 *并行并行计算机算机：是是一一组相互通信、相互相互通信、相互协作的作的处理理单元，元，用以快速求解大型用以快速求解大型问题总线或互或互连网网络SMSMSMLMMBNICP/CLMMBNICP/C互互连网网络LMMBNICBridgeP/CIOBNICLMMBNICBridgeP/CIOBNIC-12 *并行并行体系体系结构：构：由宏体系由宏体系结构、微体系构、微体系结构两部分构两部分组成成 微体系微体系结构构节点内部点内部结构构,主要主要为处理器理器及其壳的及其壳的结构构 宏体系宏体系结构构并行并行计算机的算机的整体整体结构，构，包括包括节点点间互互连、通信、存通信、存储器器访问等方面等方面 *并行并行体系体系结构研究内容：构研究内容：互互 连结构模型、互构模型、互连网网络 存存储器器访存模型、存模型、一致性模型一致性模型(Cache/(Cache/存存储)交交 互互编程模型、程模型、通信机构、同步机构通信机构、同步机构-13二、二、计算机系算机系统结构分构分类1 1、FlynnFlynn分分类法法 *分分类原理：原理：按按指令流和数据流的多倍性指令流和数据流的多倍性进行分行分类 *结构种构种类：SISDSISD，SIMDSIMD，MISDMISD，MIMDMIMDSISDCUMMISISPUDSSIMDCUMMmDS1ISISMM1PUnDSnPU1MISDDSIS1IS1ISnDSISnMMmMM1PU1PU1CU1CU1MIMDDS1IS1IS1ISnDSnISnMMmMM1PU1PU1CU1CU1 *缺点：缺点：对流水流水线处理机的分理机的分类不明确不明确-142 2、HandlerHandler分分类法法 *分分类原理：原理：在三个在三个层次，次，按并行程度及按并行程度及流水流水处理理程度分程度分类 层次次 PCUPCU（程序控制部件或（程序控制部件或宏流水宏流水）K K级 ALUALU（算（算术逻辑部件部件或指令流水或指令流水）D D级 ELCELC（基本（基本逻辑线路或路或操作流水操作流水）W W级 描述描述 T(C)T(C)KK 其中：其中：K K为PCUPCU数、数、K K为宏流水宏流水级数数(PCU(PCU数数)，D D为每个每个PCUPCU中中ALUALU数、数、D D为指令流水指令流水级数数(ALU(ALU数数)，W W为ALUALU或或PEPE字字长，W W为操作流水操作流水线级数数(ELC(ELC套数套数)*特点：特点：对并行及流水并行及流水线的程度有清晰的描述的程度有清晰的描述 注：注：流水属并行的一种流水属并行的一种类型，但有所不同；型，但有所不同；并行程度越好，性能越高并行程度越好，性能越高-153 3、冯氏氏分分类法法 *分分类原理：原理：按照系按照系统的最大并行程度的最大并行程度进行分行分类 *最大并行度：最大并行度：单位位时间内能内能处理的最大二理的最大二进制位数制位数 即即 P Pm m=位片位片宽字字宽位片位片宽字字宽SISDSIMD（MPP）SIMDMIMD1mn1mn-164 4、按控制方式按控制方式分分类 *分分类原理：原理：按程序按程序执行的控制方式分行的控制方式分类 *分分类结果：果：共有共有4 4种种 控制流方式控制流方式指令按指令按逻辑顺序序执行行(如如冯诺依曼模型依曼模型)；数据流方式数据流方式只要操作数到位，指令即可只要操作数到位，指令即可执行，行，无序无序执行行(，源，源目的求解目的求解过程程)；规约方式方式当需要当需要该指令指令结果果时，该指令才会指令才会执行，行，无序无序执行行(，目的，目的源源目的求解目的求解过程程)；匹配方式匹配方式由由谓词模式匹配模式匹配驱动指令的指令的执行，行，适合非数适合非数值型数据型数据应用，常用于智能型用，常用于智能型计算机算机 *特点：特点：除控制流方式外，其它的并行程度除控制流方式外，其它的并行程度较好好-17第二第二节 系系统设计的定量原理的定量原理 一、大概率事件一、大概率事件优先原先原则 *基本思想：基本思想：对大概率事件大概率事件赋予予优先的先的处理理权和和资源使用源使用权,以以获得全局的最得全局的最优结果果 该原原则是系是系统设计中中最重要最重要和和最常用最常用的原的原则 *应用用举例：例：指令系指令系统指令操作指令操作码采用霍夫曼采用霍夫曼编码；溢出溢出处理理优化不溢出情况的化不溢出情况的处理；理；存存储系系统层次次结构使高构使高频使用数据存取速度更快，使用数据存取速度更快，虚虚拟存存储器的器的TLBTLB用高速芯片用高速芯片组成成-18二、二、AmdahlAmdahl定律定律 *基本思想：基本思想：优化某部件所化某部件所获得的系得的系统性能的改善程度，取决性能的改善程度，取决于于该部件被使用的部件被使用的频率，或所占率，或所占总执行行时间的比例的比例 *应用：用：使用使用该定律可改善定律可改善“系系统瓶瓶颈”性能性能 *举例：例：某功能某功能处理理时间占系占系统时间的的40%40%，将其，将其处理速度加理速度加快快1010倍后，整个系倍后，整个系统性能提高多少？性能提高多少？解解已知已知f fe e=0.4=0.4，r re e=10=10，利，利用用AmdahlAmdahl定律，定律，则 S Sp p=1.56=1.560.00.51.0feSp1015 r re e=10=10时S Sp p和和f fe e的关系如右的关系如右图：方法方法若改善某部件性能后，系若改善某部件性能后，系统性能急性能急剧提高，提高，则该部件部件为“系系统瓶瓶颈”-19三、程序三、程序访问的局部性原理的局部性原理 *基本思想：基本思想：程序程序执行行时，呈，呈现出出频繁重复使用那些繁重复使用那些“簇聚簇聚”的数据和指令的的数据和指令的规律，包含律，包含时间局部性和空局部性和空间局部性局部性 时间局部性局部性-近期被近期被访问的信息，可能的信息，可能马上被上被访问 空空间局部性局部性-与被与被访问地址相地址相邻的信息可能会一起被的信息可能会一起被访问 *应用：用：层次存次存储体系体系设计-20四、四、软硬件取舍原硬件取舍原则1 1、现有有软硬件条件下，所硬件条件下，所选方法方法应有助于有助于提高系提高系统的性能的性能/价格价格 例：例：2 2、所、所选方法方法应尽量尽量不限制不限制计算机算机组成和成和实现技技术 例：例：数据表示数据表示设计不不应限制数据限制数据宽度与之一一度与之一一对应；主存容量主存容量设计不不应限制是否采用多体交叉存限制是否采用多体交叉存储器等器等3 3、所、所选方法方法应能能够对编译程序和操作系程序和操作系统的的实现提供好的支持提供好的支持 例：例：指令系指令系统中增加中增加OSOS所需指令；所需指令；根据根据编译要求要求设置一定数量通用寄存器等置一定数量通用寄存器等研制研制费用用生生产费用用产品品费用用硬件方法硬件方法D Dh hM Mh hD Dh h/V+M/V+Mh h软件方法件方法CDCDs sRMRMs sCDCDs s/V+RM/V+RMs s说明：明：VV设备数量，数量，CC重复重复设计次数，次数，RR复制次数复制次数-21第三第三节 计算机系算机系统性能性能评价价 一、一、计算机系算机系统性能性能 *计算机性能：算机性能：正确性、可靠性和工作能力正确性、可靠性和工作能力 响响应时间指任指任务从从输入到入到结果果输出的所有出的所有时间，反映反映CPUCPU、I/OI/O系系统及及OSOS等的等的总体性能；体性能；正确性：正确性：与数学与数学计算算结果比果比较，通常，通常认为是正确的是正确的 可靠性：可靠性：用平均无故障用平均无故障时间表示，通常表示，通常认为是可靠的是可靠的 工作能力：工作能力：即系即系统的速度，通常用程序的速度，通常用程序执行行时间表示；表示；可分可分为峰峰值性能和持性能和持续性能性能 吞吐率吞吐率指指单位位时间内能内能处理的作理的作业或任或任务数量，数量，反映系反映系统的多任的多任务处理性能理性能-221 1、响、响应时间 响响应时间指一个任指一个任务从从输入到入到输出的出的总时间 T T响响应T TCPUCPUT T系系统CPUCPUT T用用户CPUCPUI IN NCPITCPITC C CPI CPI包含包含ALUALU、访问MEMMEM及及I/OI/O的的时间(含等待含等待时间)性能因子性能因子系系统属性属性I IN Np pm mk kT TC C指令系指令系统结构构编译技技术PEPE实现与控制技与控制技术CacheCache和内存和内存层次次结构构 *特点：特点：能能够反映反映软硬件系硬件系统的的总体性能体性能，但不易，但不易测量量 *影响影响T TCPUCPU的的因素：因素：T TCPU CPU I IN NCPITCPITC CI IN N(p(pmk)Tmk)TC C 其中其中 pp处理周期数理周期数/指令，指令，mm访存次数存次数/指令，指令，kk访存存时延延-232 2、吞吐率、吞吐率 *定定义：指指单位位时间内能内能够处理作理作业(或任或任务)的数量的数量 吞吐率吞吐率=nnnn个任个任务总时间 *常用常用标准：准：对作作业(或任或任务)的定的定义无法无法统一一 MIPS(MIPS(每秒百万次指令每秒百万次指令)-)-MIPSMIPS不能反映指令功能不能反映指令功能强弱，常用相弱，常用相对MIPSMIPS表示表示 MFLOPS(MFLOPS(每秒百万次浮点运算每秒百万次浮点运算)不同操作不同操作通通过正正则化方法化方法实现关关联，MFLOPSMFLOPS只能反映浮点操作能力只能反映浮点操作能力-243 3、利用率、利用率 *定定义：利用率持利用率持续性能性能峰峰值性能性能 *特点：特点：不直接表示系不直接表示系统性能，与前两种指性能，与前两种指标有密切关系；有密切关系；对系系统性能性能优化及化及结构改构改进起着至关重要的作用！起着至关重要的作用！*提高吞吐率方法：提高吞吐率方法：流水化流水化-使多个作使多个作业流水流水处理；理；并行并行处理理-给每个每个PEPE分配分配多个作多个作业，各，各PEPE相互相互协调 *特点：特点：吞吐率与吞吐率与I/OI/O软硬件硬件组织方式及方式及OSOS有很大关系；有很大关系；能能够反映反映软硬件系硬件系统对多任多任务的响的响应能力能力-254 4、系、系统可可扩放性放性 常用于常用于评价多机系价多机系统的并行的并行处理能力理能力 其中其中 p-问题规模，模，n-处理器数量，理器数量，h-通信通信时间 衡量方法衡量方法-测量不同量不同n时的加速比，的加速比，得到性能可得到性能可扩放性曲放性曲线 *性能加速比：性能加速比：多机系多机系统相相对于于单机系机系统性能提高的比例性能提高的比例 *系系统可可扩放性：放性：系系统性能随性能随处理机数理机数n增加而增增加而增长的比例的比例 =fS(n)影响因素影响因素结构、构、处理器数、理器数、问题规模、存模、存储系系统等等S Sn n1 1B B系系统A A系系统-26二、性能二、性能评价与比价与比较1 1、评价技价技术(1)(1)分析技分析技术 *思路：思路：在一定假在一定假设条件下，条件下，计算机系算机系统参数与参数与性能指性能指标间存在着某种函数关系，按其工作存在着某种函数关系，按其工作负载的的驱动条件列出方程，用条件列出方程，用数学方法求解后数学方法求解后评价价 *发展：展：从脱离从脱离实际的假的假设发展到近似求解展到近似求解 近似求解算法近似求解算法聚合法、均聚合法、均值分析法、分析法、扩散法等散法等 *应用：用：可可应用于用于设计中系中系统的分析与的分析与评价价回下页 例例A A机机执行的程序中有行的程序中有20%20%转移指令移指令(需需2T2TC C)，转移指令都需移指令都需要一条比要一条比较指令指令(需需1T1TC C)配合，其他指令均配合，其他指令均为1T1TC C。B B机中机中转移指移指令包含令包含比比较指令功能，指令功能，但但T TC C比比A A机慢机慢15%15%。执行行该程序程序时，A A机、机、B B机哪个机哪个工作速度快？工作速度快？-27(2)(2)模模拟技技术 *思路：思路：建立模建立模拟器，模器，模拟系系统性能模型和工作性能模型和工作负载模型，模型，对运行后的数据运行后的数据进行行统计、分析和、分析和评价价 *方法：方法：按被按被评价系价系统的运行特性建立的运行特性建立系系统模型模型；按系按系统可能有的工作可能有的工作负载特性建立特性建立工作工作负载模型模型；用用语言言编写模写模拟程序，程序，模仿模仿被被评价系价系统的的运行运行；设计模模拟实验，依照，依照评价目价目标，选择与目与目标有关因素，有关因素，得出得出实验值，再，再进行行统计、分析、分析 *应用：用：可可应用于用于设计中或中或实际应用中系用中系统的分析与的分析与评价；价；可与分析技可与分析技术相相结合，构成一个混合系合，构成一个混合系统转上页-28(3)(3)测量技量技术 *思路：思路：通常采用基准通常采用基准测试程序程序对系系统进行行实际性能性能评价价 *基准基准测试程序：程序：有有实际应用程序、核心程序、合成用程序、核心程序、合成测试程序三个程序三个层次次 第一个第一个层次次用于用于测试系系统总体性能；体性能；后两个后两个层次次-用于用于测试部件部件(如如CPUCPU、I/OI/O系系统等等)性能性能 基准基准测试程序程序具有三个具有三个层次的次的测试程序程序组，典型的有，典型的有SPECSPEC程序程序组，包含，包含测试多多个个领域域、三个、三个层次的次的测试程序程序 *应用：用：只能只能应用于用于实际使用中系使用中系统的分析与的分析与评价；价；通常根据系通常根据系统的的设计需求需求(应用用领域域)选择基准基准测试程程序序组中的中的部分部分测试程序程序进行行测量量-292 2、比比较技技术 *目的：目的：根据根据多种多种测试结果果，比，比较不同系不同系统的的优劣劣 *方法：方法：算算术平均、几何平均、平均、几何平均、调和平均方法和平均方法(1)(1)算算术平均方法平均方法基准基准测试程序程序处理机理机XYZB120(1.00)10(0.50)40(2.00)B240(1.00)80(2.00)20(0.50)Am(1.00)(1.25)(1.25)基准基准测试程序程序处理机理机XYZB120(2.00)10(1.00)40(4.00)B240(0.50)80(1.00)20(0.25)Am(1.25)(1.00)(2.13)*特性：特性：选择不同的参考机，不同的参考机，Am结论不同不同回下页-30(2)(2)几何平均方法几何平均方法基准基准测试程序程序处理机理机XYZB120(1.00)10(0.50)40(2.00)B240(1.00)80(2.00)20(0.50)Gm(1.00)(1.00)(1.00)特性：特性：Gm性能与参考性能与参考计算机性能无关算机性能无关 依据依据Gm(Xi)/Gm(Yi)=Gm(Xi/Yi)基准基准测试程序程序处理机理机XYZB120(2.00)10(1.00)40(4.00)B240(0.50)80(1.00)20(0.25)Gm(1.00)(1.00)(1.00)(3)(3)调和平均方法和平均方法 特性：特性：H Hm m最接近最接近CPUCPU的的实际性能性能 依据依据H Hm m与所有与所有测试程序程序时间总和成反比关系和成反比关系转上页-31一、一、影响影响计算机系算机系统结构构发展因素展因素1 1、软件件对系系统结构构发展的影响展的影响 *影响因素：影响因素：软件可移植性件可移植性(1)(1)系列机系列机 *思想：思想：具有相同系具有相同系统结构或构或扩充原系充原系统结构，构，组成或成或实现技技术不同，来不同，来实现软件可移植性件可移植性 *影响一影响一：新新的的组成与成与实现技技术很快得到很快得到应用，大量兼容用，大量兼容产品的出品的出现，推推动了系了系统结构的构的发展展 系列机要求系列机要求保保证向后兼容，向后兼容，力争向上兼容力争向上兼容时间机器档次机器档次当前机器当前机器向上兼容向上兼容向下兼容向下兼容高高低低向后兼容向后兼容向前兼容向前兼容 *影响二影响二：要求要求系系统结构基本不构基本不变，限制限制了系了系统结构的构的发展展回下页第四第四节 系系统结构的构的发展展 -32(2)(2)模模拟与仿真与仿真 *模模拟：用用机器机器语言言解解释来来实现软件移植件移植 需模需模拟目目标机指令系机指令系统、存、存储系系统、I/OI/O系系统、OSOS等的操作等的操作 *仿真：仿真：用用微程序微程序直接解直接解释另一种指令系另一种指令系统 需解需解释目目标机机I/OI/O系系统、OSOS等的操作等的操作 *比比较：解解释程序存放位置、是否有硬件参与方面不同；程序存放位置、是否有硬件参与方面不同；在解在解释指令系指令系统、存、存储系系统、I/OI/O系系统、OSOS方面相同方面相同(3)(3)统一高一高级语言方法言方法 存在一定的困存在一定的困难，可争取，可争取汇编语言或接口言或接口/技技术的的统一一 *方案方案1 1：采用采用统一的中一的中间语言言(如如Java)Java)，通，通过解解释执行以适行以适应不同的系不同的系统结构构 *方案方案2 2：采用采用标准的准的开放系开放系统(具有可移植性、交互操作性具有可移植性、交互操作性),),用用硬件抽象硬件抽象层技技术适适应不同的系不同的系统结构构转上页-332 2、应用用对系系统结构构发展的影响展的影响 *应用背景：用背景：应用用领域、功能及性能要求有所不同域、功能及性能要求有所不同 *应用需求：用需求：高速度、大容量、大吞吐率高速度、大容量、大吞吐率 *系系统结构构设计思路：思路：分成不同分成不同级别的系的系统，以提高性能，以提高性能/价格价格 巨、大型机巨、大型机研究研究专用系用系统结构、构、组成成技技术 其它型机其它型机研究通用系研究通用系统结构构(吸吸纳先先进结构与技构与技术)*系系统结构构发展展趋势：保持价格基本不保持价格基本不变，提高，提高性能性能 保持性能基本不保持性能基本不变，降低价格，降低价格价格价格时间等性能等性能线巨型机巨型机大型机大型机中、小型机中、小型机微型机微型机 *对系系统结构影响：构影响：专用用系系统结构构无限制无限制(应用是原用是原动力力)通用通用系系统结构构如何有效如何有效实现专用用结构构通用通用结构构-343 3、器件、器件对系系统结构构发展的影响展的影响 *器件使用方法：器件使用方法：通用片通用片现场片片半用半用户片片用用户片片 *对系系统结构影响：构影响：器件的器件的发展推展推动了系了系统结构与构与组成技成技术的的发展展 如如器件性能、使用方法影响系器件性能、使用方法影响系统结构及构及组成方法，成方法，器件性器件性/价提高，使价提高，使结构、构、组成下移速度更快，成下移速度更快，器件的器件的发展，推展，推动算法、算法、语言的言的发展展 系系统结构的构的发展要求器件不断展要求器件不断发展展 如如新新结构的使用，取决于器件构的使用，取决于器件发展能否提供可能展能否提供可能 提高器件性能提高器件性能/价格，要求改价格，要求改变器件器件逻辑设计方法方法-35二、并行性的二、并行性的发展展 并行性并行性包括包括同同时性性(时刻刻)、并、并发性性(时段段)*开开发方法：方法：时间重叠、重叠、资源重复、源重复、资源共享源共享 *并行性等并行性等级划分：划分：执行程序角度行程序角度 处理数据角度理数据角度 信息加工步信息加工步骤 操作操作级 位串字串位串字串 存存储器操作并行器操作并行 指令指令级 位并字串位并字串 处理器操作步理器操作步骤并行并行 任任务或或过程程级 位串字并位串字并 处理器操作并行理器操作并行 作作业或程序或程序级 全并行全并行 任任务或作或作业并行并行1 1、并行性开、并行性开发-362 2、并行性、并行性发展展 用用三种并行性三种并行性实现方法方法进行开行开发，得到如下系，得到如下系统结构构树：标量量顺序的序的先行控制先行控制I/EI/E重叠重叠功能并行功能并行多个功能部件多个功能部件流水流水线隐式向量式向量显式向量式向量存存储器器-存存储器器寄存器寄存器-寄存器寄存器SIMDSIMDMIMDMIMD联想想处理机理机处理机理机阵列列多多计算机算机多多处理机理机计算机系算机系统结构构树空空间并并行行时间并并行行-37本章思考本章思考1 1、系、系统结构精确定构精确定义、包含内容是什么？、包含内容是什么？与与计算机算机组成和成和实现的关系是什么？的关系是什么？进行系行系统结构构设计的方法和步的方法和步骤是什么？是什么？2 2、系、系统结构的分构的分类方法有哪些？方法有哪些？影响系影响系统结构构发展的因素又哪些？如何影响的？展的因素又哪些？如何影响的？3 3、系、系统结构构设计的定量原理有哪些？的定量原理有哪些？举例例说明其明其应用。用。4 4、计算机系算机系统的性能指的性能指标有哪些？其特点和影响因素是什么？有哪些？其特点和影响因素是什么？5 5、评价系价系统性能的方法有哪些？如何比性能的方法有哪些？如何比较测量的量的结果？果？6 6、并行、并行计算机与算机与单处理器理器计算机在系算机在系统结构上有哪些区构上有哪些区别？影响其性能的因素有哪些？如何影响其性能的因素有哪些？如何评价？价？7 7、并行性包含的内容是什么？开、并行性包含的内容是什么？开发并行性的方法有哪些？并行性的方法有哪些？系系统结构构树中中结点采用哪些技点采用哪些技术可可实现变迁？迁？-38Thank you!-