高性能计算机的体系结构与程序优化-PPT精选文档
高性能计算机体系结构的优化与设计
高性能计算机体系结构的优化与设计随着科技的不断进步和应用需求的不断增长，对于高性能计算机体系结构的优化与设计的需求也日益重要。
高性能计算机体系结构的优化与设计是指通过合理的硬件架构设计和优化技术，以提高计算机的性能，实现更高效的计算和数据处理能力。
本文将从几个方面来讨论高性能计算机体系结构的优化与设计。
首先，对于高性能计算机体系结构的优化与设计来说，关键是提高计算机的运算速度和处理能力。
为了实现这一目标，一种常见的优化方法是采用并行计算的技术。
并行计算是指将任务分解为多个子任务，并将其同时在多个处理器或计算单元上执行，以实现加速计算的目的。
其核心思想是充分利用计算机硬件资源的同时，有效地解决数据依赖和通信问题。
在并行计算的设计中，常用的架构包括对称多处理器（SMP）、分布式存储器系统（DSM）和混合式架构等。
其次，高性能计算机体系结构的优化与设计中，存储器系统的优化也是至关重要的。
存储器系统是计算机体系结构中至关重要的部分，它对计算机的整体性能有着重要的影响。
在存储器系统优化中，一种常见的方法是采用多级缓存技术。
多级缓存技术是通过在处理器与主存之间添加多级缓存来降低访问主存的延迟，提高数据的访问速度。
此外，还可以通过采用更高带宽和更低延迟的存储器技术，如DDR4、HBM等，来进一步提高存储器系统的性能。
第三，高性能计算机体系结构的优化与设计还需要充分考虑能耗的问题。
在当今电力资源紧张和环境保护的要求下，低能耗设计不仅可以降低计算机运行成本，还可以减少能源消耗和碳排放。
为了实现低能耗设计，可以从多个方面来考虑。
首先，可以通过优化硬件电路设计和布局，减少功耗。
其次，可以采用动态电压和频率调整技术，在不需要高性能时降低电压和频率，以降低功耗。
此外，还可以采用温度管理技术，降低散热需求，减少能源消耗。
最后，高性能计算机体系结构的优化与设计还需要考虑可扩展性和易用性的问题。
可扩展性是指在面对不断增长的计算和数据处理需求时，能够方便地增加计算机的处理能力。
高性能计算机的架构设计与优化
高性能计算机的架构设计与优化在信息化时代，计算机成为了我们生活中必不可少的工具。
随着科技的不断进步和发展，对计算机的性能要求也越来越高。
高性能计算机因其超强的计算能力和运算速度，在各个领域得到了广泛的应用。
本文将探讨高性能计算机的架构设计和优化。
一、什么是高性能计算机？高性能计算机一般是指能够在短时间内完成大量数据处理和计算的计算机。
它们能够快速地将任务分解成多个子任务，并以并行方式完成。
高性能计算机通常采用集群式架构设计。
集群计算就是将多台计算机联合在一起，共同完成一个计算任务。
二、高性能计算机的架构设计高性能计算机的架构设计有许多方面需要考虑。
以下为其中几个主要方面。
1. 处理器选择高性能计算机的处理器一般选择多核心、高引擎频率、内存控制器集成的处理器。
多核心处理器可以同时处理多个任务，提高计算效率。
高引擎频率可以提高计算速度，内存控制器集成可以提高内存带宽。
2. 内存选择内存是高性能计算机的重要组成部分。
一般情况下，内存带宽越高，高性能计算机运行速度越快。
高性能计算机普遍采用双通道、三通道或四通道的内存架构设计。
通过增加内存通道数量，可以提高内存带宽。
3. 存储子系统选择对于高性能计算机而言，存储子系统也是一个非常重要的方面。
需要选择高速、大容量的、可靠的磁盘阵列系统。
RAID级别也需要根据不同的应用场景进行选择。
4. 网络互连选择网络互连在高性能计算机中也扮演着非常重要的角色。
需要考虑网络延迟和带宽等因素。
常见的网络互连方案包括InfiniBand和以太网等。
三、高性能计算机的性能优化1. 并行化设计并行化设计是高性能计算机的一个重要优化手段。
并行化设计可以通过将计算任务分解成多个子任务，并以并行方式完成，来提高计算效率。
2. 数据本地化在高性能计算机中，数据的位置非常重要。
保持数据尽可能的本地化，可以减少数据传输的时间和延迟。
高性能计算机中通常采用计算节点和存储节点相分离的模式，这种模式可以在数据本地化方面发挥巨大的优势。
高性能计算机体系结构设计与优化
高性能计算机体系结构设计与优化一、概述随着科技的不断发展，高性能计算机已经成为许多领域研究中不可或缺的工具。
高性能计算机的体系结构设计与优化是提高计算机性能的关键。
本文将从计算机体系结构的设计原理入手，介绍高性能计算机的体系结构设计与优化方法。
二、计算机体系结构设计原理计算机体系结构设计的目标是提高计算机的性能和效率。
计算机体系结构设计原理包括指令级并行、数据级并行和线程级并行。
1. 指令级并行指令级并行是通过对指令流进行优化来提高计算机的性能。
常用的指令级并行方法包括流水线技术、超标量技术和超流水线技术。
流水线技术将指令分成多个阶段，不同指令在不同阶段执行，提高指令的执行速度。
超标量技术可以同时执行多条指令，提高指令的并行度。
超流水线技术进一步增加流水线的深度，提高指令的执行效率。
2. 数据级并行数据级并行是通过对数据流进行优化来提高计算机的性能。
常用的数据级并行方法包括向量处理器和并行指令集。
向量处理器可以同时对多个数据进行操作，提高数据的处理速度。
并行指令集可以并行执行多个指令，提高数据的并行度。
3. 线程级并行线程级并行是通过对线程流进行优化来提高计算机的性能。
常用的线程级并行方法包括多核处理器和多线程处理器。
多核处理器包含多个独立的处理核心，可以同时执行多个线程，提高线程的并行度。
多线程处理器可以同时执行多个线程，提高线程的执行效率。
三、高性能计算机体系结构设计与优化方法高性能计算机的体系结构设计与优化是提高计算机性能的关键。
以下介绍几种常用的高性能计算机体系结构设计与优化方法。
1. 并行化技术并行化技术是将计算任务分成多个子任务，并行执行，提高计算机的处理能力。
常用的并行化技术包括向量计算、任务并行和数据并行。
向量计算将多个数据用向量的方式进行处理，提高计算的效率。
任务并行将计算任务分成多个独立的子任务，通过并行执行提高计算的速度。
数据并行将数据分成多份，通过并行处理提高计算的效果。
《计算机体系结构》课件
ABCD
理解指令集体系结构、处 理器设计、存储系统、输 入输出系统的基本原理和 设计方法。
培养学生对计算机体系结 构领域的兴趣和热情，为 未来的学习和工作打下坚 实的基础。
CHAPTER
02
计算机体系结构概述
计算机体系结构定义
计算机体系结构是指计算机系统的整 体设计和组织结构，包括其硬件和软 件的交互方式。
CHAPTER
06
并行处理与多核处理器
并行处理概述
并行处理
指在同一时刻或同一时间间隔内 完成两个或两个以上工作的能力
。
并行处理的分类
时间并行、空间并行、数据并行和 流水并行。
并行处理的优势
提高计算速度、增强计算能力、提 高资源利用率。
多核处理器
1 2
多核处理器
指在一个处理器上集成多个核心，每个核心可以 独立执行一条指令。
间接寻址
间接寻址是指操作数的有效地址通过寄存器间接给出，计算机先取出 寄存器中的地址，再通过该地址取出操作数进行操作。
CHAPTER
04
存储系统
存储系统概述
存储系统是计算机体系结构中 的重要组成部分，负责存储和 检索数据和指令。
存储系统通常由多个层次的存 储器组成，包括主存储器、外 存储器和高速缓存等。
《计算机体系结构》ppt 课件
CONTENTS
目录
• 引言 • 计算机体系结构概述 • 指令系统 • 存储系统 • 输入输出系统 • 并行处理与多核处理器 • 流水线技术 • 计算机体系结构优化技术
CHAPTER
01
引言
课程简介
计算机体系结构是计算机科学的一门核心课程，主要研究计算机系统的基本组成、组织结构、工作原 理及其设计方法。
计算机网络体系结构优秀课件
4
实体（Entity）
实体（Entity）
在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成， 这些实体抽象地表示了通信时的软件元素（如进程或 子程序）或硬件元素（如智能I/O芯片等）。
实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。
2024/3/20
计算机网络体系结构优秀
5
接口(Interface)
机械特性 电气特性 功能特性 规程特性
2024/3/20
计算机网络体系结构优秀
15
物理层涉及的内容二
数据交换单元为二进制比特 比特的同步 线路的连接 物理拓扑结构 传输方式
2024/3/20
计算机网络体系结构优秀
16
物理层涉及的内容三
有2个设备属于物理层的,一个是中继器,一个是 HUB.
本章主要内容
计算机网络体系结构及协议的概念； 开放系统互连（OSI）参考模型 OSI模型中各层的功能介绍； TCP/IP协议的体系结构； TCP/IP协议的层次功能介绍； OSI模型与TCP/IP协议模型的比较；
2024/3/20
计算机网络体系结构优秀
1
计算机网络体系结构
为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构化设 计方法，计算机网络将其功能划分为若干个层次， 较高层次建立在较低层次的基础上，并为其更高 层次提供必要的服务功能。网络中的每一层都起 到隔离作用，使得低层功能具体实现方法的变更 不会影响到高一层所执行的功能。
会话层
5-4接口
传输层
4-3接口
网络层
3-2接口
数据链路层
2-1接口
物理层
8
基于OSI的通信模型结构
中间节点
系统A
系统B
第7层 第6层 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层
第5章-计算机体系结构-95页PPT资料
令的时间为：T=(1+2n)t
取指 分析 执行 取指 分析 执行 取指 分析 执行
主要优点： 指令的执行时间缩短 功能部件的利用率明显提高
主要缺点： 需要增加一些硬件 控制过程稍复杂
3、二次重叠执行方式
如果三过程的时间相等，执行n条指令的 时间为：T=(2+n)t
5.2.1 流水线工作原理
1、简单流水线
输 分析器 流水 执行部件 流水 输 入 分析k+1 锁存器 执行k 锁存器 出
t1
t2
流水线的每一个阶段称为流水步、流水
步骤、流水段、流水线阶段、流水功能
段、功能段、流水级、流水节拍等。`
在每一个流水段的末尾或开头必须设置一个寄 存器，称为流水寄存器、流水锁存器、流水闸 门寄存器等。会增加指令的执行时间。
时间
静态流水线时空图
空间
浮点加法 定点乘法
输出
1 2 3 …… n 1 2 3 …
累加
1 2 3 4…
尾数乘
1 2 3 4 5…
规格化
1 2 3 …… n
尾数加
1 2 3 …… n
对阶
1 2 3 …… n
求阶差 1 2 3 … … n
输入 1 2 3 … … n
1 2 3 4 5 6…
0
时间
动态流水线时空图
动态流水线： 在同一段时间内，多功能流水线中的各段可以按 照不同的方式连接，同时执行多种功能。
空间
浮点加法 定点乘法
输出
1 2 3…n
1…
累加
1 2…
尾数乘
1 2 3…
高级体系结构ppt课件
I1
2
2
3
3
4
4
5
5
H
6 7
G
6 7 J
Ω网的特点(2)：
并不是所有的置换在Ω网中一次通过便可 以实现。
Ω网是阻塞网络：出现冲突时，可以采用 几次通过的方法来解决冲突。
Ω网的广播功能： 0018个输出端
第0级
第1级
0
1
2 3
4 5
6 7
第2级 0 1
2 3
4 5
6 7
44开关构成的Ω网：多路洗牌
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7
6. PM2I函数（加减2i） 共有2n个互连函数，对N个结点的网络为
PM PM
2i 2i
( (
j j
) )
j 2i j 2i
mod mod
N N
其中，0 j N 1，0 i n 1，n log 2 N
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Cube2: cube2 (X2 X1X0 ) (X2 X1X0 )
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计算机体系结构课件
输入输出系统是计算机中用于接收外部输入（如键盘、鼠标、传感器等）和输 出数据（如显示器、打印机、音响等）的硬件设备。输入输出系统的性能和可 靠性对计算机的整体性能和使用体验至关重要。
总线与接口
总结词
总线与接口是计算机中用于连接各个部件并进行通信的通道。
详细描述
总线与接口是计算机中各个部件之间进行通信的通道。总线是连接各个部件的公共通道，而接口则是 连接外部设备和计算机的通道。通过总线与接口，各个部件之间可以相互通信并协同工作，实现计算 机的整体功能。总线与接口的性能和稳定性对计算机的整体性能和使用体验至关重要。
长电池寿命。
扩展功能
03
通过增加输入输出接口、支持多种数据类型等，可以扩展计算
机的功能和应用范围。
计算机体系结构的分类
1 2
按指令集分类
可以分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令 集计算机（RISC）。
按数据类型分类
可以分为固定长度数据和可变长度数据。
3
按寻址方式分类
可以分为直接寻址、间接寻址和基址加变址寻址 等。
03
计算机指令系统
指令集架构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
复杂指令集架构 (CISC)
提供了许多复杂的指令，能够执行各种高级操作。
精简指令集架构 (RISC)
只包含简单的、基本的指令，强调通过并行处理加快执行速度。
超长指令集架构 (VLIW)
通过将多个操作数和操作码放入一个指令，实现并行处理。
指令格式与寻址方式
固定长度的指令格式
可重构计算面临着能效、可扩展性、编程模型等方面的挑 战，如何设计更高效的
THANKS
感谢观看
详细描述
存储器是计算机中用于存储数据和程序的硬件设备。根据存储速度、容量和价格的不同，计算机中存在多种类型 的存储器，如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、高速缓存（Cache）等。存储器的容量和速度 对计算机的性能有很大的影响。
高性能计算机系统的构建与优化分析
高性能计算机系统的构建与优化分析一、引言高性能计算机系统是指具备快速计算能力、高效并行处理和大规模并行处理能力的计算机系统，其主要目的是为了解决大量计算和数据处理任务。
随着信息技术的不断发展，高性能计算机系统已经成为推动科技和社会发展的重要基础设施之一。
因此，本文将探讨高性能计算机系统的构建与优化分析。
二、高性能计算机系统的构建（一）硬件高性能计算机系统的构建需要优秀的硬件设备。
其核心部件包括：处理器、内存、硬盘、网络与通信设备和I/O设备等。
在构建系统时，需要根据计算任务的需求，选择合适的硬件设备。
一般来说，处理器的性能、核心数目和内存带宽是选择计算机硬件的重要因素。
同时，硬盘的存储能力和I/O带宽也是其它重要因素。
此外，网络与通信设备必须满足高效、可靠快速的要求，以保证系统之间的数据传输和通信的可靠性。
（二）软件高性能计算机系统的构建还需要具备优秀的软件系统。
包括操作系统、编译器、运行库、算法库、调度程序和网络通信库等。
这些软件模块往往需要具有高性能、可扩展性和高可靠性的特点。
比如，操作系统需要支持高并发和高负载的模式，支持频繁的进程通信和内存共享，运行库需要优化算法和数据结构等。
此外，调度程序也能支持并行计算任务的分配和调度等。
（三）系统互连高性能计算机系统的构建还需要考虑系统互连的问题。
包括网络拓扑结构、路由协议、数据传输协议、防火墙设置等。
由于大型计算任务往往需要分布在不同的机架上，因此需要优秀的网络互连技术来优化分布式计算系统的传输效率和数据传送速度，避免通信带宽的瓶颈。
此外，为了保证系统安全，需要进行防火墙和端口管理等操作。
三、高性能计算机系统的优化（一）负载均衡负载均衡是保证高性能计算机系统性能的关键要素之一。
是指将计算任务合理分配到不同的节点上，并尽可能的使得计算节点的计算负载达到均衡状态。
负载均衡技术可以分为静态负载均衡和动态负载均衡两种。
静态负载均衡可以根据预先设定的规则将计算任务分配到不同的节点上，而动态负载均衡则是根据任务的实际情况进行节点的选择和重新分配。
《计算机体系结构》课件
计算机体系结构的应用领域
1
云计算
了解云计算架构的特点和应用领域，
物联网
2
如基础设施即服务（IaaS）和软件 即服务（SaaS）。
探索物联网架构的设计原则和适用
场景，如智能家居和智慧城市。
3
人工智能
了解人工智能系统的计算机体系结 构，包括深度学习和神经网络。
总结和展望
通过本课件，我们深入了解了计算机体系结构的定义、重要性、经典模型和 应用领域。希望这些知识能够帮助您更好地理解和应用计算机体系结构的原 理和思想。
3
多核处理器
了解多核处理器的原理，以及如何充分利用多核架构提高系统性能。
计算机体系结构的演进
主机计算机时代
个人计算机时代
回顾早期大型计算机的发展， 如IBM System/360系列。
介绍个人计算机的崛起，如 IBM PC和Apple Macintosh。
云计算时代
探索云计算的概念和发展， 如Amazon Web Services和 Microsoft Azure。
《计算机体系结构》PPT 课件
欢迎来到《计算机体系结构》PPT课件！在这里，我们将深入探讨计算机体系 结构的定义、重要性、经典模型以及应用领域。让我们一起展望计算机体系 结构的未来吧！
课程介绍
探索计算机架构的奥秘
了解计算机体系结构的基本概念和学习目标，以及如何应用这些知识。
重要性与应用
探索计算机体系结构在各个领域中的重要性和应用，如云计算、物联网和人工智能。
2 可伸缩性
计算机体系结构的合 理设计可以实现系统 的可扩展性，适应不 断增长的需求。
3 可靠性
合理的计算机体系结 构可以提高系统的可 靠性，减少故障和中 断。
高能计算机的体系结构与程序优化
– 硬件做一些动态的优化, 如高速缓存 – 软件仍有优化的余地
• 包揽式的结构
– 硬件试图做充分的动态优化, 如COMA – 认为软件在动态分析和优化方面能力有限
结点内并行：超长指令字结构
• 芯片面积主要用于功能部件和高速缓存
– 完全依赖编译程序开发指令级并行性
• 分支预测, 循环展开, 软件流水, 踪迹调度
提纲
• 应用编程与体系结构的关系 • 高性能计算机体系结构概述 • CPU内的并行结构（指令级并行） • 存储器的层次结构 • 多体交叉的并行存储系统 • 分布存储系统中的通信优化
体系结构的位置
Programming Models
Architecture
Applications System Software Hardware
• 又称为循环拆分
• 进一步优化
DO 10 I = 1, N, 3 B(I) = A(I) * A(I) B(I+1)=A(I+1)*A(I+1) B(I+2)=A(I+2)*A(I+2) C(I) = 1 / B(I) C(I+1) = 1 / B(I+1) 10 C(I+2) = 1 / B(I+2)
指令调度的例子
假设：取数时间较长，后续指令不能立即使用
源程序语句：a = b + c; d = e - f;
a, b, c, d ,e, f 都在存储器中.
Slow code:
Fast code:
LW Rb,b
LW Rb,b
LW Rc,c
LW Rc,c
ADD Ra,Rb,Rc
LW Re,e
高性能计算机系统架构的设计与优化
高性能计算机系统架构的设计与优化一、概述随着技术的不断进步，高性能计算机系统对于研究和应用的需求越来越迫切。
本文将围绕高性能计算机系统架构的设计和优化展开探讨。
首先简单介绍了高性能计算机系统的基本组成和软硬件特性，接着分别从架构设计和系统优化两个方面进行深入阐述。
对于架构设计方面，文章主要讲述了分布式系统、多核处理器系统和硬件加速系统等三种典型系统的架构设计原则与优缺点；对于优化方面，文章主要探讨了编译器优化、系统软件优化和应用程序优化等三个方面的优化策略和方法。
二、高性能计算机系统的基本组成和特性高性能计算机系统是指以高速计算为主要目标的计算机系统，通常由大型主机、高速通信网络、分布式文件系统、高性能存储和高速计算节点等多个组件组成。
由于高性能计算机系统的计算速度远高于传统计算机系统，因此能够在处理科学、工程、医学、金融等方面的大规模问题时，提供更出色的计算性能和效率。
高性能计算机系统具有以下的软硬件特性：1.并行性和可扩展性：高性能计算机系统采用并行计算模式，能并行执行多个任务，由多个计算节点组成的节点群可扩展至超过千万个。
2.高速通信网络：高性能计算机系统拥有高速互联网络，内部节点之间可稳定、高速地进行通信。
3.高性能处理器：高性能计算机系统的节点采用高性能处理器，能够支持高速计算和高负载的情况。
4.高性能存储系统：高性能计算机系统采用高速、大容量存储，保证了程序运行时的数据读写速度和可靠性。
三、高性能计算机系统架构设计高性能计算机系统架构设计是指根据用户需求和高性能计算技术的发展趋势，合理设计和组织高性能计算机系统中各组件之间的连接方式和数据流动方式，以达到系统性能的最优化。
常见的高性能计算机系统架构包括分布式系统、多核处理器系统和硬件加速系统等三种典型系统。
下文将逐一介绍这三种系统的架构设计原则和优缺点。
1.分布式系统架构分布式系统是由多个计算机节点组成的计算集群，采用分布式系统架构设计，容易实现高性能的计算和分布式存储管理。
高性能计算机系统架构设计与优化
高性能计算机系统架构设计与优化随着人工智能、物联网等大数据应用的不断发展，高性能计算机系统的重要性日益凸显。
在这种趋势下，高性能计算机系统架构设计与优化成为了一项重要的任务，决定了计算机系统的性能和稳定性。
那么，在设计高性能计算机系统时，我们应该关注哪些方面，如何进行优化呢？下面我们就来进行详细的探讨。
一、针对计算机应用场景选择最优架构首先，针对不同的计算机应用场景选择最优的架构是设计高性能计算机系统的首要任务。
比如，对于需要分析大规模数据的应用，我们需要选择适合大规模数据处理的体系结构，比如分布式存储结构、分布式计算结构等。
对于需要高速计算的科学计算应用，我们需要选择高速计算能力强的计算机架构，例如GPUs ，HPC服务器等。
对于需要高可用性的企业级应用，我们需要选择可靠性强、故障转移能力好的计算机架构，例如冗余备份服务器系统、容错性较强的下一代服务器、高可靠存储系统等。
二、通过定制化硬件实现优化其次，通过定制化硬件实现优化，可以提高计算机系统的性能。
许多大型的科学计算系统都采用了与众不同的处理器架构，例如英伟达的GPU ，Intel的Xeon Phi等。
通过调整和优化硬件的设计，可以大幅度提高计算机系统的性能和效率。
例如，设计更完善的指令和相应的应用程序，缩短了数据在处理器内部的传输时间，提高了系统的速度；或者将处理器和存储器尽量靠近，甚至把它们集成到同一芯片中，以节省处理器访问存储器的时间，这些都是硬件定制化设计优化的方法。
三、提高数据传输效率此外，数据传输效率也是一个值得关注的问题。
对于那些大数据计算应用，数据传输效率是关键因素之一。
因此，在高性能计算机系统的架构设计中，我们也需要对数据传输进行优化。
例如，采用更高效的通信协议，减少数据传输的延迟，避免低效的数据传输方式，这些措施都可以提高数据传输效率，从而提高整个计算系统的性能。
四、实现负载均衡在高性能计算机系统的应用中，往往存在负载不均的情况，这就需要我们实现负载均衡。
第五章 计算机系统优化-27页PPT资料
组• 策一旦略您的将媒常体见插入使驱用动器（，…自动）运行就会从驱动器中读取数据， 这会造成程序的设置文件和在音频媒体上的音乐立即开始。同 时很多病毒也是利用这点在U盘等存储工具上进行自动传播， 你可以用下面这个办法关闭这个功能：
• 打开组策略：
“计算机配置”→“管理模板”→“系统” →“关闭自动播 放” →“设置”
系统运行状态优化
众所周知，Windows (如XP)集成了许多功 能和服务，所以在很多领域得以应用；但是有很 多服务是我们个人用户所用不到的，开启只会浪 费内存和资源，而且，还影响启动速度和运行速 度。因此关掉大部分没用的服务和相应的进程以 后，系统的资源占用率有了大幅度的下降，系统 运行当然也就更加顺畅了。
启动过程减少启动项
计算机在启动时，系统本身的某些功能或者安装的某 些应用程序会随着系统的启动而启动，但是有些应用程序 我们又不是经常使用，所以就可以根据需要来对系统的启 动项来进行优化。
启动方式：“运行”msconfig
系统优化部分
• 系统启动优化 • 系统运行状态优化 • 网络连接状态优化 • 其他优化
组•• 什A策N么S略是WE组的R策：略概？念（前奏）
组策略就是修改注册表中的配置。组策略使用自己 更完善的管理组织方法，可以对各种对象中的设置 进行管理和配置，远比手工修改注册表方便、灵活， 功能也更加强大 ，同时也不会轻易因修改错误而导 致系统崩溃。
• 组策略打开方法：开始→运行→gpedit.msc
计算机基础
计算第机五章系统优化
• 了解系统优化的概念和意义
•本了章解注目册标表的：概念
• 了解组策略的概念
• 熟悉手工和软件两种优化方法
系• 统W优in化do的w概s操念作和系意统义版本的更新，伴随而来的是操作系统的臃肿 和运行的缓慢，同时，还经常碰到卡机、死机、蓝屏等现象， 是不是我们的计算机配置太低？或者是我们的计算机中了木马 和病毒？
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• 包揽式的结构
– 硬件试图做充分的动态优化, 如COMA – 认为软件在动态分析和优化方面能力有限
结点内并行：超长指令字结构
• 芯片面积主要用于功能部件和高速缓存
– 完全依赖编译程序开发指令级并行性
• 分支预测, 循环展开, 软件流水, 踪迹调度
– 指令系统结构不兼容
• 显式并行指令结构（EPIC）
– 在分析区间内，指令以数据流的方式执行 – 弥补编译器在静态分析和调度方面的不足 – 换代后目标码不重新编译也能获得较好的性能
• 需要发掘指令级并行性的新来源
– 精确的动态分支预测，消除分支损耗 – 设置大量换名寄存器，消除虚假的数据依赖 – 不等分支完成，就开始执行目标指令（猜测） – 同时执行分支的多个目标（多标量）
发挥CPU内并行性的主要手段
• 编译程序：静态指令调度
– 分析程序中的指令流 – 在不影响结果的前提下，对指令重新排序 – 缺点：不能获得运行时的动态信息 – 改进：基于profile的指令调度或优化
结点间并行：消息传递系统
• Tcomm = Tstartup + Tblock + Ncomm/Bcomm • 如何实现与处理能力匹配的通信带宽
– 通信带宽、通信延迟对应用性能的影响 – 光互连技术
• 如何减少通信开销
– 用户级通信 – 硬件支持重试、保证通信的可靠性和顺序
• 如何减少阻塞
– 自适应路由、优化应用的通信结构
结点间并行：COMA
• CC-NUMA的主要问题
– 数据静态地分配在home结点上 – 通过远程访问cache存取非本地的数据 – 数据分配不当会造成大量的数据传输
• COMA中没有物理地址, 数据可动态迁移
– 经过“预热”, 数据将被“吸引”到处理结点附 近
• 主要问题: 不命中时如何快速找到所需数据
体系结构的位置
P r o g r a m m i n g M o d e l s A r c h i t e c t u r e A p p l i c a t i o n s S y s t e m S o f t w a r e H a r d w a r e
• 体系结构是硬件和系统软件之间的界面
• 未来系统中两大问题的解决也是如此
– ①极长的等待时间；②极大的并行度
充分利用处理器内的并行
• 提高单机性能是提高并行机性能的基础 • 目前CPU内部常用的并行结构包括：
– 指令流水线与运算流水线 – 多个功能部件并行执行
• 如：定点运算、存/取、浮点加、浮点乘、…
• 充分流水、并行工作的条件
– 指令间没有相关，即相互独立 – 结构相关：两条指令要用同一个部件 – 数据相关：一条指令要用另一条指令的结果 – 控制相关：条件转移指令影响其它指令
– Enable High Performance – Support Ease Programming
• 编程模型是应用和计算机系统间的界面
– 理想的模型: 应用不必了解具体的结构特征
体系结构的主要研究内容
• 如何提高性能?
– 先进的工艺技术－－纯粹属于硬件的范围？
• 技术方面的缺点需要通过结构来弥补 • DRAM慢，SRAM小＝》存储器层次结构
性能不仅依赖于结构
• 性能的提高依赖于体系结构上的革新
– 硬件技术的发展对体系结构提出了新的要求 – 各个层次并行性的开发是新体系结构的主要特征
• 实际性能的提高更依赖于体系结构与编译技 术、操作系统、应用算法间的配合与协调
– Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, Since 1988
• 多个上下文之间的切换机制
– 发生事件时切换(有点象进程的切换) – 每个时钟周期都切换: 每次取不同线程的指令
• 多个线程的指令在同一流水线中(无依赖)
• 第一个多程系统(Tera)已经问世
– 多线程同时工作对cache干扰很大
结点内并行 超标量、动态调度、猜测执行
• 硬件动态地分析指令流，同时执行多条指令
– Explicitly Parallel Instruction Computer – 128位的Group包括3条指令 – 设置专门的域指示指令间是否存在依赖关系 – 可连接多个Group以支持更大范围内的并行
结点内并行：同时多线程结构
• 由硬件提供快速的上下文切换机制
– 引入了更多的指令级和线程级并行性 – 容忍远程访问延迟和数据依赖的负面影响
高性能计算机的 体系结构与程序优化
唐志敏 中国科学院计算技术研究所
Institute of Computing Technology, CAS
提纲
• • • • • • 应用编程与体系结构的关系 高性能计算机体系结构概述 CPU内的并行结构（指令级并行） 存储器的层次结构 多体交叉的并行存储系统 分布存储系统中的通信优化
结点间并行：共享存储系统
• 共享存储的好处
– 易于编程、通用性强 – 与SMP及其应用实现无缝衔接
• 存储一致性模型与实现效率
– 松(弱)一致性模型允许多种优化 – 对系统软件设计或应用程序设计提出新的要求?
• 如何避免、隐藏或容忍远程访问的开销
– Origin2000: 185周期; 未来可能达数百万个周期 – 缓存、预取、预送、多线程
– 体系结构方面的革新
• 各个级别上并行性的开发
• 如何支持编程?
– 共享内存 – 承担一些软件较难完成的优化工作
• 如动态执行, 猜测执行, COMA等
三种类型的体系结构技术
• 保守的结构
– 硬件仅提供必需的设施, 如大量的寄存器 – 高性能能否最终达到, 完全依赖软件
• 折衷的结构
– 硬件做一些动态的优化, 如高速缓存 – 软件仍有优化的余地
– 全系统的查找需大量时间
存储器的供数率跟得上吗？
• CPU消耗数据的速率远大于存储器供数率
– 时钟频率增长的速度大于访存时间缩短的速度 – 同时执行多条指令要求供数率进一步提高 – 多线程或芯片内多处理器要求访问多组数据
• 已知的解决方案：存储器层次结构
– 片内cache的供数率能满足指令级并行的要求? – 片内cache的命中率足够高? – 为多个线程或处理器提供各自的cache? – 如何通过程序或算法的改进增强访存局部性?