《并行計算機體系結(jié)構(gòu)課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《并行計算機體系結(jié)構(gòu)課件（40頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2019/9/22,,?#?,1,并行計算機,體系結(jié)構(gòu),,2024/9/11,,2,一、課程目標(biāo),1.,并行性理論的研究,并行計算機系統(tǒng)模型與體系結(jié)構(gòu)；,并行程序設(shè)計模型與通信模型；,并行計算機性能評測方法；,可擴展性原理及實現(xiàn)方法。,2.,并行技術(shù)和結(jié)構(gòu)的研究,微處理器并行技術(shù)；,互連網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；,共享存儲技術(shù)及體系結(jié)構(gòu)；,分布存儲技術(shù)與可擴展體系結(jié)構(gòu)；,通信時延包容技術(shù)。,2024/9/11,,3,二、參考教材,1,、并行計算機體系結(jié)構(gòu)，陳國良等著，高等教育出版社，,,ISBN 7-04,—,11558-1,

2、，,2002.9,2,、并行計算機體系結(jié)構(gòu)，,David E.Culler,等著，李曉明等譯，機械工業(yè)出版社，,ISBN 7-111-07888-8,，,2002.10,3,、可擴展并行計算,—,技術(shù)、結(jié)構(gòu)與編程，,黃鎧、徐志偉著，陸鑫達,等譯,，,機械工業(yè)出版社，,2000.5,4,、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),—,一種定量的方法,(,第,5,版,),，,John L. Hennessy,等著，鄭緯民等譯,，清華大學(xué)出版社，,2002.8,5,、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),(,第二版,),，,鄭緯民、湯志忠著,，清華大學(xué)出版社,，,1998.9,2024/9/11,,4,第一章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ),2024/9/11

3、,,5,第一節(jié) 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念,一、,計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概念,,1,、計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu),軟硬件,交界面,,L6,：應(yīng)用語言級,L5,：高級語言級,L4,：匯編語言級,L3,：操作系統(tǒng)級,L2,：機器語言級,L1,：微程序機器級,L0,：電子,線路,,,硬件,固件,,軟件,,,虛擬機器,實際機器,,,,,,翻譯（應(yīng)用程序包）,翻譯（編譯程序）,翻譯（匯編程序）,解釋,硬件直接執(zhí)行,部分解釋,,,,,,,計算機語言實現(xiàn)技術(shù),回下頁,2024/9/11,,6,2,、計算機系統(tǒng)設(shè)計方法,(1),由上向下方法,從軟件到硬件，適合專用機的設(shè)計,結(jié)果：,形成軟、硬脫節(jié),(2),由下向上方法,從硬件到軟件

4、，適合通用機的設(shè)計,結(jié)果：,形成軟、硬脫節(jié),(3),從中間開始方法,從,軟、硬件交界面,開始設(shè)計,要求：,不斷進行交互、優(yōu)化設(shè)計,→需要較好的評價工具和方法,轉(zhuǎn)上頁,2024/9/11,,7,3,、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義,*,精確定義：,機器語言程序員、編譯程序編寫者,所看到的計算機的,屬性,，即概念性結(jié)構(gòu)和功能特性,,概念性結(jié)構(gòu),—,系統(tǒng)的軟、硬件功能界面；,功能特性,—,界面的功能分配，即界面的接口或組織,*,實質(zhì)：,研究,軟硬件,之間的界面定義,及,其上下的功能分配,*,基本定義：,程序員,所看到的計算機的,屬性,*,研究內(nèi)容：,數(shù)據(jù)表示、尋址方式、指令系統(tǒng)，寄存器組織,;,,存儲系統(tǒng)；,中斷機構(gòu)

5、、,I/O,結(jié)構(gòu)；,機器工作狀態(tài)定義和切換、信息保護,回下頁,2024/9/11,,8,,,CPU,,,…,…,,鍵盤接口,,鍵盤,顯卡,,顯示器,,MEM,,,,,,,磁盤接口,磁盤,,,,,機器語言級機器,,,,,,,輸入設(shè)備觸發(fā)程序執(zhí)行,,,指令系統(tǒng),程序員看到的屬性,,,信息保護,,機器狀態(tài),,存儲系統(tǒng),,I/O,系統(tǒng),,中斷系統(tǒng),計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含內(nèi)容示意圖,,,進程管理程序,,作業(yè)管理程序,,文件管理程序,,存儲管理程序,,,,,,,,,,,設(shè)備管理程序,,,,,信息保護,操作系統(tǒng)級機器,,注：,作業(yè)管理包含用戶界面,功能,,,,,轉(zhuǎn)上頁,2024/9/11,,9,,計算機組成包含

6、內(nèi)容,—,數(shù)據(jù)通路寬度、專用部件設(shè)計、各種,OS,共享程度、功能部件并行度、控制機構(gòu)組成方式、排隊與緩沖技術(shù)、預(yù)估與預(yù)判技術(shù)、可靠性技術(shù)等,*,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成、物理實現(xiàn)三者關(guān)系：,,1,: n,,1,:,m,,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),───,計算機組成 ─── 物理實現(xiàn),*,計算機組成：,定義,—,計算機系統(tǒng)設(shè)計人員,看到的基本屬性,,實質(zhì),—,是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的,邏輯實現(xiàn),2024/9/11,,10,4,、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟,(1),需求分析,在應(yīng)用環(huán)境、所用語言種類及特性、對,OS,的特殊要求、所用外設(shè)特性、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)、市場分析等方面進行分析,(2),需求說明,,形成,設(shè)計,準(zhǔn)則,、功能說明、器件

7、性能說明,等需求,(3),概念性設(shè)計,,進行軟、硬件功能分析，確定機器級界面,(4),具體設(shè)計,機器級界面各方面的確切定義，可考慮幾種方案,(5),反復(fù)進行評價及優(yōu)化設(shè)計,2024/9/11,,11,5,、,并行,體系結(jié)構(gòu),*并行計算機,：,是,一組相互通信、相互,協(xié)作的處理單元，,,用以快速求解大型問題,總線或互連網(wǎng)絡(luò),···,···,SM,SM,SM,,,,LM,MB,NIC,,,,,P/C,,,LM,MB,NIC,,,,,P/C,,,互連網(wǎng)絡(luò),···,,LM,MB,NIC,Bridge,,,,,P/C,,IOB,NIC,,,,LM,MB,NIC,Bridge,,,,,P/C,,IOB,N

8、IC,,,2024/9/11,,12,*,并行,體系結(jié)構(gòu)：,,由宏體系結(jié)構(gòu)、微體系結(jié)構(gòu)兩部分組成,微體系結(jié)構(gòu),—,節(jié)點內(nèi)部結(jié)構(gòu),,,主要為處理器,及其殼的,結(jié)構(gòu),宏體系結(jié)構(gòu),—,并行計算機的,整體結(jié)構(gòu)，,包括節(jié)點間互連、通信、存儲器訪問等方面,*,并行,體系結(jié)構(gòu)研究內(nèi)容：,,互 連,—,結(jié)構(gòu)模型、互連網(wǎng)絡(luò),,存儲器,—,訪存模型、,一致性模型,(Cache/,存儲,),,交 互,—,編程模型、,通信機構(gòu)、同步機構(gòu),2024/9/11,,13,二、,計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類,1,、,Flynn,分類法,*分類原理：,按,指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性,進行分類,*,結(jié)構(gòu)種類：,SISD,，,SIMD,，,

9、MISD,，,MIMD,SISD,CU,MM,IS,,IS,PU,DS,,,,,,SIMD,CU,…,MMm,…,,DS1,,IS,,IS,MM1,PUn,DSn,,,,,,,,,PU1,MISD,…,DS,,IS1,,IS1,ISn,…,DS,,ISn,,,,,,,,,,,,,,,MMm,…,MM1,PU1,PU1,CU1,CU1,MIMD,…,DS1,,IS1,,IS1,ISn,…,DSn,,ISn,,,,,,,,,,,,,MMm,…,MM1,PU1,PU1,CU1,CU1,*,缺點：,對流水線處理機的分類不明確,2024/9/11,,14,2,、,Handler,分類法,*分類原理：,在

10、三個,層次，,按并行程度及,流水處理,程度分類,層次,—,,PCU,（程序控制部件或,宏流水,）,K,級,,ALU,（算術(shù)邏輯部件,或指令流水,）,D,級,,ELC,（基本邏輯線路或,操作流水,）,W,級,,描述,—,T(C),＝,,,其中：,K,為,PCU,數(shù)、,K,’,為宏流水級數(shù),(PCU,數(shù),),，,,D,為每個,PCU,中,ALU,數(shù)、,D,’,為指令流水級數(shù),(ALU,數(shù),),，,,W,為,ALU,或,PE,字長，,W,’,為操作流水線級數(shù),(ELC,套數(shù),),*,特點：,對并行及流水線的程度有清晰的描述,注：,①流水屬并行的一種類型

11、，但有所不同；,②并行程度越好，性能越高,2024/9/11,,15,3,、,馮氏,分類法,*分類原理：,按照系統(tǒng)的最大并行程度進行分類,*最大并行度：,單位時間內(nèi)能處理的最大二進制位數(shù),即,P,m,=,位片寬,×,字寬,,位片寬,字寬,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,SISD,,SIMD,（,MPP,）,,SIMD,,MIMD,1,m,n,1,m’,n’,,2024/9/11,,16,4,、,按控制方式,分類,*分類原理：,按程序執(zhí)行的控制方式分類,*分類結(jié)果：,共有,4,種,,控制流方式,—,指令按邏輯順序,執(zhí)行,(,如馮,·,諾依曼模型,),；,,

12、數(shù)據(jù)流方式,—,只要操作數(shù)到位，指令即可執(zhí)行，,無序執(zhí)行,(↓,，源→目的求解過程,),；,,規(guī)約方式,—,當(dāng)需要該指令結(jié)果時，該指令才會執(zhí)行，,無序執(zhí)行,(↑,，目的→源→目的求解過程,),；,,匹配方式,—,由謂詞模式匹配驅(qū)動指令的執(zhí)行，,適合非數(shù)值型數(shù)據(jù)應(yīng)用，常用于智能型計算機,*,特點：,除控制流方式外，其它的并行程度較好,2024/9/11,,17,第二節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計的定量原理,一、大概率事件優(yōu)先原則,*,基本思想：,對大概率事件賦予優(yōu)先的處理權(quán)和資源使用權(quán),,,以獲得全局的最優(yōu)結(jié)果,,※,該原則是系統(tǒng)設(shè)計中,最重要,和,最常用,的原則,*,應(yīng)用舉例：,指令系統(tǒng),—,指令操作碼采用霍

13、夫曼編碼；,溢出處理,—,優(yōu)化不溢出情況的處理；,存儲系統(tǒng),—,層次結(jié)構(gòu)使高頻使用數(shù)據(jù)存取速度更快，,虛擬存儲器的,TLB,用高速芯片組成,2024/9/11,,18,二、,Amdahl,定律,*,基本思想：,優(yōu)化某部件所獲得的系統(tǒng)性能的改善程度，取決于該部件被使用的頻率，或所占總執(zhí)行時間的比例,*,應(yīng)用：,使用該定律可改善,“,系統(tǒng)瓶頸,”,性能,*,舉例：,某功能處理時間占系統(tǒng)時間的,40%,，將其處理速度加快,10,倍后，整個系統(tǒng)性能提高多少？,,解,—,已知,f,e,=0.4,，,r,e,=10,，利用,Amdahl,定律，則,S,p,=1.56,,,,,,,,,,,,,0.0,0.5

14、,1.0,fe,Sp,,,,,,,,,,,,10,1,5,,,,,,,,,,,,,,,,r,e,=10,時,S,p,和,f,e,的關(guān)系如右圖：,,方法,—,若改善某部件性能后，系統(tǒng)性能急劇提高，,則該部件為,“,系統(tǒng)瓶頸,”,2024/9/11,,19,三、程序訪問的局部性原理,*,基本思想：,程序執(zhí)行時，呈現(xiàn)出頻繁重復(fù)使用那些“,簇聚,”的數(shù)據(jù)和指令的規(guī)律，包含,時間局部性和空間局部性,,時間局部性,--,,近期被訪問的信息，可能馬上被訪問,空間局部性,--,,與被訪問地址相鄰的信息可能會一起被訪問,*,應(yīng)用：,層次存儲體系設(shè)計,2024/9/11,,20,四、軟硬件取舍原則,1,、,現(xiàn)有軟

15、硬件條件下，所選,方法應(yīng)有助于,提高系統(tǒng)的性能,/,價格,例：,2,、所選,方法應(yīng)盡量,不限制計算機組成和實現(xiàn)技術(shù),例：,數(shù)據(jù)表示設(shè)計不應(yīng)限制數(shù)據(jù)寬度與之一一對應(yīng)；,主存容量設(shè)計不應(yīng)限制是否采用多體交叉存儲器等,3,、所選,方法應(yīng)能夠,對編譯程序和操作系統(tǒng)的實現(xiàn)提供好的支持,例：,指令系統(tǒng)中增加,OS,所需指令；,根據(jù)編譯要求設(shè)置一定數(shù)量通用寄存器等,,研制費用,生產(chǎn)費用,產(chǎn)品費用,硬件方法,D,h,M,h,D,h,/V+M,h,軟件方法,C×D,s,R×M,s,C×D,s,/V+R×M,s,說明：,V—,設(shè)備數(shù)量，,C—,重復(fù)設(shè)計次數(shù)，,R—,復(fù)制次數(shù),,,,2024/9/11,,2024/

16、9/11,,21,22,第三節(jié) 計算機系統(tǒng)性能評價,一、計算機系統(tǒng)性能,*,計算機性能：,正確性、可靠性和工作能力,,響應(yīng)時間,—,指任務(wù)從輸入到結(jié)果輸出的所有時間，,反映,CPU,、,I/O,系統(tǒng)及,OS,等的總體性能；,·,正確性：,與數(shù)學(xué)計算結(jié)果比較，通常認為是正確的,,·,可靠性：,用平均無故障時間表示，通常認為是可靠的,,·,工作能力：,即系統(tǒng)的速度，通常用程序執(zhí)行時間表示；,可分為峰值性能和持續(xù)性能,,吞吐率,—,指單位時間內(nèi)能處理的作業(yè)或任務(wù)數(shù)量，,反映系統(tǒng)的多任務(wù)處理性能,2024/9/11,,23,1,、響應(yīng)時間,響應(yīng)時間指一個任務(wù)從輸入到輸出的總時間,,T,響應(yīng),＝,T,

17、CPU,＝,T,系統(tǒng),CPU,＋,T,用戶,CPU,＝,I,N,×CPI×T,C,,CPI,包含,ALU,、訪問,MEM,及,I/O,的時間,(,含等待時間,),性能因子,系統(tǒng)屬性,I,N,p,m,k,T,C,指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu),×,×,,,,編譯技術(shù),×,×,×,,,PE,實現(xiàn)與控制技術(shù),,×,,,×,Cache,和內(nèi)存層次結(jié)構(gòu),,,,×,×,*,特點：,能夠反映軟硬件系統(tǒng)的,總體性能,，但不易測量,,*,影響,T,CPU,的,因素：,,T,CPU,＝,I,N,×CPI×T,C,＝,I,N,×(p,＋,m×k)×T,C,,其中,p—,處理周期數(shù),/,指令，,m—,訪存次數(shù),/,指令，,k—,訪存時

18、延,2024/9/11,,24,2,、吞吐率,*定義：,指單位時間內(nèi)能夠處理作業(yè),(,或任務(wù),),的數(shù)量,吞吐率,,=,n÷n,個任務(wù)總時間,*,常用標(biāo)準(zhǔn)：,對作業(yè),(,或任務(wù),),的定義無法統(tǒng)一,MIPS(,每秒百萬次指令,)--,,MIPS,不能反映指令功能強弱，常用相對,MIPS,表示,MFLOPS(,每秒百萬次浮點運算,)—,,不同操作,通過正則化方法實現(xiàn),關(guān)聯(lián)，,,MFLOPS,只能反映浮點操作能力,2024/9/11,,25,3,、利用率,*定義：,利用率＝持續(xù)性能,÷,峰值性能,*特點：,不直接表示系統(tǒng)性能，與前兩種指標(biāo)有密切關(guān)系；,對系統(tǒng)性能優(yōu)化及結(jié)構(gòu)改進起著至關(guān)重要的作用！,

19、*,提高吞吐率方法：,流水化,--,使多個作業(yè)流水處理；,并行處理,--,給每個,PE,分配,多個作業(yè)，各,PE,相互,協(xié)調(diào),*,特點：,吞吐率與,I/O,軟硬件組織方式及,OS,有很大關(guān)系；,,能夠反映,軟硬件系統(tǒng),對,多任務(wù),的響應(yīng)能力,2024/9/11,,26,4,、系統(tǒng)可擴放性,常用于評價多機系統(tǒng)的并行處理能力,,其中,p,--,問題規(guī)模，,n,--,處理器數(shù)量，,h,--,通信時間,,衡量方法,--,測量不同,n,時的加速比，,得到性能可擴放性曲線,*,性能加速比：,多機系統(tǒng)相對于單機系統(tǒng)性能提高的比例,*,系統(tǒng)可擴放性：,系統(tǒng)性能隨處理機數(shù),n,增加而增長的比例,,Ψ,=,f,S

20、,(,n,),,影響因素,—,結(jié)構(gòu)、處理器數(shù)、問題規(guī)模、存儲系統(tǒng)等,,,S,n,,,1,B,系統(tǒng),A,系統(tǒng),2024/9/11,,27,二、性能評價與比較,1,、評價技術(shù),(1),分析技術(shù),*思路：,在一定假設(shè)條件下，計算機系統(tǒng)參數(shù)與,性能指標(biāo)間,存在著某種函數(shù)關(guān)系，按其工作負載的驅(qū)動條件列出方程，用數(shù)學(xué)方法求解后評價,*,發(fā)展：,從脫離實際的假設(shè)發(fā)展到近似求解,,近似求解算法,—,聚合法、均值分析法、擴散法等,*,應(yīng)用：,可應(yīng)用于,設(shè)計中系統(tǒng),的分析與評價,回下頁,,例,—,A,機執(zhí)行的程序中有,20%,轉(zhuǎn)移指令,(,需,2T,C,),，轉(zhuǎn)移指令都需要一條比較指令,(,需,1T,C,),配合

21、，其他指令均為,1T,C,。,B,機中,轉(zhuǎn)移指令包含,比較,指令功能，,但,T,C,比,A,機慢,15%,。執(zhí)行,該程序時,，,A,機、,B,機哪個,工作速度快？,2024/9/11,,28,(2),模擬技術(shù),*思路：,建立模擬器，模擬系統(tǒng)性能模型和工作負載模型，對運行后的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析和評價,*,方法：,按被評價系統(tǒng)的運行特性建立,系統(tǒng)模型,；,按系統(tǒng)可能有的工作負載特性建立,工作負載模型,；,用語言編寫模擬程序，,模仿,被評價系統(tǒng)的,運行,；,設(shè)計模擬實驗，依照評價目標(biāo)，選擇與目標(biāo)有關(guān)因素，得出實驗值，再,進行統(tǒng)計、分析,*,應(yīng)用：,可應(yīng)用于,設(shè)計中或?qū)嶋H應(yīng)用中系統(tǒng),的分析與評價；,,

22、可與分析技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成一個混合系統(tǒng),轉(zhuǎn)上頁,2024/9/11,,29,(3),測量技術(shù),*思路：,通常采用基準(zhǔn)測試程序?qū)ο到y(tǒng)進行實際性能評價,*,基準(zhǔn)測試程序：,,有實際應(yīng)用程序、核心程序、合成測試程序三個層次,第一個層次,—,用于測試系統(tǒng)總體性能；,后兩個層次,--,用于測試部件,(,如,CPU,、,I/O,系統(tǒng)等,),性能,,基準(zhǔn)測試程序,—,具有三個層次的,測試程序組,，典型的有,SPEC,程序組,，包含測試,多,個領(lǐng)域,、三個層次的測試程序,*,應(yīng)用：,只能應(yīng)用于,實際使用中系統(tǒng),的分析與評價；,通常根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求,(,應(yīng)用領(lǐng)域,),選擇基準(zhǔn)測試程序組中的,部分測試程序,進行測

23、量,2024/9/11,,30,2,、,比較技術(shù),*,目的：,根據(jù),多種測試,結(jié)果,，比較,不同系統(tǒng)的優(yōu)劣,*,方法：,算術(shù)平均、幾何平均、調(diào)和平均方法,(1),算術(shù)平均方法,基準(zhǔn)測試程序,處理機,,,,X,Y,Z,B,1,20(,1.00,),10(0.50),40(2.00),B,2,40(,1.00,),80(2.00),20(0.50),A,m,,(,1.00,),(1.25),(1.25),基準(zhǔn)測試程序,處理機,,,,X,Y,Z,B,1,20(2.00),10(,1.00,),40(4.00),B,2,40(0.50),80(,1.00,),20(0.25),A,m,,(1.25),

24、(,1.00,),(2.13),*,特性：,選擇不同的參考機，,A,m,結(jié)論不同,回下頁,2024/9/11,,31,(2),幾何平均方法,基準(zhǔn)測試程序,處理機,,,,X,Y,Z,B,1,20(,1.00,),10(0.50),40(2.00),B,2,40(,1.00,),80(2.00),20(0.50),G,m,,(,1.00,),(1.00),(1.00),,特性：,G,m,性能與參考計算機性能無關(guān),,依據(jù),—,G,m,(X,i,)/G,m,(Y,i,)=G,m,(X,i,/Y,i,),基準(zhǔn)測試程序,處理機,,,,X,Y,Z,B,1,20(2.00),10(,1.00,),40(4.0

25、0),B,2,40(0.50),80(,1.00,),20(0.25),G,m,,(1.00),(,1.00,),(1.00),(3),調(diào)和平均方法,,特性：,H,m,最接近,CPU,的實際性能,,依據(jù),—,H,m,與所有測試程序時間總和成反比關(guān)系,轉(zhuǎn)上頁,2024/9/11,,32,一、,影響,計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展因素,1,、軟件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響,,*影響因素：,軟件可移植性,(1),系列機,*思想：,具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或擴充原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，組成或?qū)崿F(xiàn)技術(shù)不同，來實現(xiàn)軟件可移植性,*影響一,：,新,的組成與實現(xiàn)技術(shù)很快得到應(yīng)用，大量兼容產(chǎn)品的出現(xiàn)，,推動,了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展,,系列機要求,—,保證

26、向后兼容，,力爭向上兼容,,,時間,機器檔次,,,,,,,,當(dāng)前機器,向上兼容,向下兼容,高,低,向后兼容,向前兼容,*,影響二,：,要求,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不變，,限制,了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展,回下頁,第四節(jié) 系統(tǒng),結(jié)構(gòu)的,發(fā)展,2024/9/11,,33,(2),模擬與仿真,*,模擬：,用,機器語言,解釋來實現(xiàn)軟件移植,需模擬目標(biāo)機指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、,I/O,系統(tǒng)、,OS,等的操作,*,仿真：,用,微程序,直接解釋另一種指令系統(tǒng),需解釋目標(biāo)機,I/O,系統(tǒng)、,OS,等的操作,*,比較：,解釋程序存放位置、是否有硬件參與方面不同；,在解釋指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、,I/O,系統(tǒng)、,OS,方面相同,(3),

27、統(tǒng)一高級語言方法,存在一定的困難，可爭取匯編語言或接口,/,技術(shù)的統(tǒng)一,*,方案,1,：,采用,統(tǒng)一的中間語言,(,如,Java),，通過解釋執(zhí)行以適應(yīng)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),*,方案,2,：,采用標(biāo)準(zhǔn)的,開放系統(tǒng),(,具有可移植性、交互操作性,),,用,硬件抽象層技術(shù),適應(yīng)不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)上頁,2024/9/11,,34,2,、應(yīng)用對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響,*,應(yīng)用背景：,應(yīng)用領(lǐng)域、功能及性能要求有所不同,,*應(yīng)用需求：,高速度、大容量、大吞吐率,*,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路：,分成不同級別的系統(tǒng)，以提高性能,/,價格,巨、大型機,—,研究專用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成,技術(shù),其它型機,—,研究通用系統(tǒng)結(jié)構(gòu),(,吸納先進

28、結(jié)構(gòu)與技術(shù),),*,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢：,,·,保持價格基本不變，提高,性能,,·,保持性能基本不變，降低價格,,,價格,時間,等性能線,巨型機,大型機,中、小型機,微型機,,,,,,,,,,,,,,*,對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響：,,專用,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),—,無限制,(,應(yīng)用是原動力,),,通用,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),—,如何有效實現(xiàn)專用結(jié)構(gòu)→通用結(jié)構(gòu),2024/9/11,,35,3,、器件對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的影響,*,器件使用方法：,,通用片→現(xiàn)場,片→半用戶片→用戶片,*,對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響：,,·,器件的發(fā)展推動了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成技術(shù)的發(fā)展,,如,—,器件性能、使用方法影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成方法，,器件性,/,價提高，使結(jié)構(gòu)、組成

29、下移速度更快，,器件的發(fā)展，推動算法、語言的發(fā)展,·,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展要求器件不斷發(fā)展,,如,—,新結(jié)構(gòu)的使用，取決于器件發(fā)展能否提供可能,提高器件性能,/,價格，要求改變器件邏輯設(shè)計,方法,2024/9/11,,36,二、并行性的發(fā)展,,并行性,—,包括,同時性,(,時刻,),、并發(fā),性,(,時段,),*,開發(fā)方法：,,時間重疊、資源重復(fù)、資源共享,*,并行性等級劃分：,,執(zhí)行程序角度 處理數(shù)據(jù)角度 信息加工步驟,,操作級,位串字串 存儲器操作并行,,指令級,位并字串 處理器操作步驟并行,任務(wù)或過程級 位串字并

30、 處理器操作并行,作業(yè)或程序級 全并行 任務(wù)或作業(yè)并行,,,,1,、并行性開發(fā),2024/9/11,,37,2,、并行性發(fā)展,用,三種并行性實現(xiàn)方法進行開發(fā)，得到如下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹：,標(biāo)量,順序的,先行控制,I/E,重疊,功能并行,多個功能部件,流水線,隱式向量,顯式向量,存儲器,-,存儲器,寄存器,-,寄存器,SIMD,MIMD,聯(lián)想處理機,處理機陣列,多計算機,多處理機,,,,,,,,,,,,,,,,,,計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹,空間并行,時間并行,,,2024/9/11,,38,本章思考,1,、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精確定義、包含內(nèi)容是什么？,與計算機組成和實現(xiàn)的關(guān)系是什么？,進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和步驟是什么？,2,、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分類方法有哪些？,影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的因素又哪些？如何影響的？,3,、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的定量原理有哪些？舉例說明其應(yīng)用。,4,、計算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)有哪些？其特點和影響因素是什么？,5,、評價系統(tǒng)性能的方法有哪些？如何比較測量的結(jié)果？,6,、并行計算機與單處理器計算機在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有哪些區(qū)別？,影響其性能的因素有哪些？如何評價？,7,、并行性包含的內(nèi)容是什么？開發(fā)并行性的方法有哪些？,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹中結(jié)點采用哪些技術(shù)可實現(xiàn)變遷？,2024/9/11,,39,Thank you!,2024/9/11,,2024/9/11,,40,