“计算机组成与系统结构”(第8章)

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计算机组成与系统结构上海交通大学 网络教育学院 博士、 陈泽宇 博士、副教授

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前言 第1章 计算机系统概论 章 第2章 运算方法和运算器 章 第3章 存储系统 章 第4章 指令系统 章 第5章 中央处理器 章 第6章 总线系统 章 ×第7章 外围设备 章 第8章 输入输出系统 章 第9章 并行组织 章2

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第9章 并行组织9.1 体系结构的并行性 × 9.2 互连网络 9.3 向量处理机 9.4 阵列处理机 9.5 多处理机系统 9.6 机群系统3

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9.1 体系结构的并行性9.1.1 并行性的概念 9.1.2 提高并行性的技术途径 9.1.3 单机系统中并行性的发展 9.1.4 多机系统中并行性的发展

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9.1.1 并行性的概念 所谓并行性是指计算机系统具有可以同时 所谓并行性是指计算机系统具有可以同时 并行性 进行运算或操作的特性 它包括同时性与并发性两种含义– 同时性 两个或两个以上的事件在同一时刻发生 两个或两个以上的事件在同一时刻发生 同一时刻

– 并发性 两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生 两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生 同一时间间隔5

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计算机系统中的并行性有不同的等级 计算机系统中的并行性有不同的等级 并行性有不同的 从处理数据的角度看，并行性等级从低到高可分为： 处理数据的角度看，并行性等级从低到高可分为： 的角度看– 字串位串 同时只对一个字的一位进行处理 不存在并行性

– 字串位并 同时对一个字的全部位进行处理，不同字之间是串行的 同时对一个字的全部位进行处理， 开始出现并行性

– 字并位串 同时对许多字的同一位进行处理 有较高的并行性。 有较高的并行性。

– 全并行 同时对许多字的全部位进行处理 最高一级的并行性6

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从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可 执行程序的角度看， 的角度看 分为： 分为：– 指令内部并行 一条指令执行时各微操作之间的并行 一条指令执行时各微操作之间的并行

– 指令级并行 并行执行两条或多条指令 并行执行两条或多条指令

– 任务级或过程级并行 并行执行两个以上过程或任务(程序段) 并行执行两个以上过程或任务(程序段) 过程或任务

– 作业或程序级并行 并行执行两个以上作业或程序 并行执行两个以上作业或程序

并行处理着重挖掘计算过程中的并行事件，使 并行处理着重挖掘计算过程中的并行事件， 并行性达到较高的级别7

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9.1.2 提高并行性的技术途径 计算机系统中提高并行性的措施多种多样，就 计算机系统中提高并行性的措施多种多样， 其基本思想而言，可归纳成如下四条途径 四条途径： 其基本思想而言，可归纳成如下四条途径： 时间重叠–

即时间并行 – 多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用 多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用 时间上相互错开 重叠地 同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转时间 同一套硬件设备的各个部分， 而赢得速度

资源重复– 即空间并行 – 通过重复设置硬件资源，大幅度提高计算机系统的 通过重复设置硬件资源， 重复设置硬件资源 性能8

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时间重叠 资源重复 时间重叠+资源重复– 在计算机系统中同时运用时间并行和空间并行技术 – 在计算机系统中广泛应用，成为并行性主流技术 在计算机系统中广泛应用，成为并行性主流技术 主流

资源共享– 这是一种软件方法 这是一种软件方法 – 它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件 它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件 多个任务按一定时间顺序 设备

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9.1.3 单机系统中并行性的发展 时间并行(流水方式) 时间并行(流水方式)– 实现时间并行的物质基础是“部件功能专用化” 实现时间并行的物质基础是“部件功能专用化” 即把一件工作按功能分割为若干相互联系的部分， 即把一件工作按功能分割为若干相互联系的部分， 把每一部分指定给专门的部件完成； 把每一部分指定给专门的部件完成；然后按时间重 叠原理把各部分执行过程在时间上重叠起来， 叠原理把各部分执行过程在时间上重叠起来，使所 有部件依次分工完成一组同样的工作

– 时间并行技术开发了计算机系统中的指令级并 行10

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空间并行– 在单处理机中，通用部件被分解成若干个专 在单处理机中， 用操作部件 – 一条指令所需的操作只要空闲，就可以开始 一条指令所需的操作只要空闲， 执行这条指令， 执行这条指令，这就是指令级并行

资源共享– 在单处理机中，资源共享的概念实质上是用 在单处理机中，资源共享的概念实质上是用 单处理机模拟多处理机的功能，形成所谓虚 单处理机模拟多处理机的功能，形成所谓虚 拟机的概念 拟机的概念 – 例如分时系统，在多终端情况下，每个终端 例如分时系统 在多终端情况下， 分时系统， 上的用户感到好像自己有一台处理机一样11

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9.1.4 多机系统中并行性的发展 为了反映多机系统各机器之间物理连接的紧密程度与交 互能力的强弱，使用了耦合度 耦合度这样一个 …… 此处隐藏：1093字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……