多处理机-- 分布式共享存储器体系结构
计算机体系结构-第7章 多处理机
第7章 多处理机
主 CPU
主存
CIOP
高速系统总线 BIOP NIOP GIOP
ACOP
CIOP----字符处理机 BIOP----数组处理机 NIOP----网络处理机 GIOP----图形处理机 ACOP----向量加速处理机
图7.5 异构非对称式多处理机的一般结构
第7章 多处理机
2. 松耦合(loosely coupled)多处理机 松耦合多处理机是通过消息传递方式来实现处理机间的相互通 信的。 而每台处理机是由一个独立性较强的计算机模块组成，该模 块由处理器、较大容量的本地存储器(在运算时所需的绝大部分的 指 令 和 数 据 均 取 自 本 地 存 储 器 ) 、 I/O 设 备 以 及 与 消 息 传 递 系 统 (Message Transfer System，MTS)相连的接口组成。当不同模块上 运行的进程间需要通信时，可通过网络接口电路及消息传递系统 进行信息交换。由于这种相互间的耦合程度是很松散的，因此称 之为松耦合多处理机。 松耦合多处理机可分为非层次式和层次式两种结构。
第7章 多处理机
(5)合理地进行资源分配和任务调度。 在MIMD多处理机中，由于任务的大小不相同， 各处理机的速度也可能不相同(如异构型多处理机系统)， 互连网络的拓扑结构和通信延迟在不同的多处理机中 也有很大的差别，在执行并发任务时，并不是使用的 处理机个数越多，系统获得的性能就越高。因此需要 采用软件手段，合理地进行资源分配和任务调度，否 则系统性能将受较大影响。而在SIMD并行处理机中， 程序员只需用屏蔽的手段来设置部分处理单元为不活 跃状态，来控制实际参加并行操作的处理单元数目。
因此，Cm*是一个三层总线多处理机，三级的访 存时间分别为：计算机模块内3.5μs，计算机模块群内 9.3μs，而群间则为26μs。
第12章 分布式系统的应用
缺陷：顺序号丢失（空序）或乱序需要重传或可 能会产生错误。
《分布式系统》(十二) 08-06 24
存储器相关性问题
• 第 3 类的读复制算法是 DSM 系统中普遍采用的。 Li 和Hudak进一步提出了这类算法的3种实现方法。
– 集中管理者算法 – 分布式管理者算法 – 动态分布式管理者算法 （P272）
缺陷：发生颠簸。
《分布式系统》(十二) 08-06
20
存储器相关性问题
3. 读复制算法（转移和复制）
是一个“多读/单写”协议，其写操作：
1) （客户端）如果需要的数据不在本地，确定它的位置， 然后发出请求； 2)（远程主机）收到请求，发出数据对象；（转移） 3) （客户端）收到对象，并对所有拥有数据对象拷贝的站 点发出使无效或更新的组播； 4) （远程主机）收到使无效信号，使本地拷贝无效，或接 受更新信号并且更新本地拷贝；（复制） 5)（客户端）访问数据对象（写）。
设访问控制的文件访问）
• 用本地系统和远程系统的 UID 映射（域映射或域信 任等），以控制访问权； （如 Windows 域信任或 Unix 的
主机信任）
• 分布式系统中，每个用户有一个确定且唯一的 UID ， 这个 UID 在任何处理机上有效而且不需要映射。 （全局统一的用户UID和文件访问控制）
《分布式系统》(十二) 08-06 4
分布式操作系统
• 因此，分布式操作系统较网络操作系统的 关键区别是 Tanenbaum 提出的 8 个不同程度 的透明性概念：
– – – – – – – – 访问透明性 并发透明性 错误透明性 位置透明性 移植透明性 并行透明性 性能透明性 复制透明性
(P263)
《分布式系统》(十二) 08-06
计算机体系结构试题库—判断题
计算机体系结构试题库判断题（102题）1．（√）执行时间不是唯一的性能指标，但它是最普遍的性能表示形式。
2．（×）根据Moore定律，DRAM的周期时间是每三年降低四倍。
3．（×）MIPS是测量计算机性能的一致性指标。
4．（√）在计算机性能测量中，调和平均的含义是单位时间机器能够执行的程序数。
5．（×）可以用典型程序来设计和优化指令集。
6．（×）增加流水线的级数总可以增加流水线的性能。
7．（×）多处理机系统中的素数模低位交叉存储器可以避免所有访存冲突。
8．（√）部件的可靠性通常可以用平均无故障时间来衡量。
9．（√）在向量处理机中，链接只能在顺序的Convoy（向量指令并行集）之间进行。
10．（×）n维超立方体单级互连网络中的节点数为n。
11．（×）MIPS和MFLOPS是计算机性能衡量的两个可靠指标。
12．（×）RISC结构的机器性能一定要比CISC结构的机器性能高。
13．（×）平均每条指令的执行周期数（CPI）与程序无关。
14．（√）CPU性能公式中指令条数（IC）与指令集格式和编译器有关。
15．（√）CPU的组织在一定程度上会影响CPU所能达到的频率。
16．（√）解释执行比翻译执行花的时间多，但存储空间占用较少。
17．（×）计算机体系结构设计这不必关心指令集具体实现。
18．（×）当前没有任何一种指令集结构是堆栈型结构，因为它已经过时了。
19．（√）虽然结构相关会影响流水线的性能，但是我们在具体的流水线设计中仍然允许一定的结构相关存在。
20．（×）程序的时间局部性指程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或者临近。
21．（×）程序的空间局部性指程序即将用到的信息很可能就是目前正在使用的信息。
22．（√）Amdahl定律揭示的性能递减规则说明如果仅仅对计算机中的一部分做性能改进，则改进越多，系统获得的效果越小。
第六章向量时钟
第11章分布式操作系统系统11.1分布式系统的体系结构分布式系统（distributed system)是由若干非共享内存和时钟的计算机组成，它们通过一个计算机网络彼此交换消息；并且每台计算机由自己的内存和运行自己的操作系统，如图1所示。
图 1 分布式系统的体系结构分布式系统的优点：●资源共享●增强的性能●改善的可靠性和可用性●模块可扩张性11.1.1分布式系统的体系结构类型Tanenbaum和Renesse将分布式系统分成三类：●小型机类型(minicomputer model)：在小型机类型中，分布式系统由若干小型机组成（例如，VAX)。
每个计算机支持多个用户并且提供访问远程资源。
处理机个数和用户数之比通常小于1。
●工作站类型(workstation model)：在工作站类型中，分布式系统由直到几百台工作站组成。
每个用户有一台工作站完成用户的任务。
藉助于分布式文件系统，用户可以访问任何数据，而不管其位置。
处理机个数和用户数之比通常等于1。
Athena和Andrew是其例子。
●处理机池类型(processor pool model)：在处理机池类型中，按照用户的需求分配一个或多个处理机给用户。
一旦完成任务它们返回处理机池等待新的分配。
处理机个数和用户数之比通常大于1。
Amoeba是一个工作站和处理机池类型组合的试验系统。
分布式操作系统是由一个通信网络连接的若干自治的计算机所组成的分布式计算系统的操作系统。
从用户观点看分布式操作系统是由一个虚拟单机组成。
11.1.2分布式操作系统的课题●全局知识(Global knowledge)●命名(Naming)●可伸缩性(Scalability)●兼容性(Compatibility)●进程同步(Process Synchronization)●资源管理(Resource Management)●安全(Security)●构造(Structuring)全局知识命名可伸缩性兼容性兼容性指的是在一个系统中的资源之间互操作性。
多处理机new
1. 二维数组的无冲突访问存储器 • 要求：一个n×n的二维数组，按行、列、对 角线和反对角线访问，并且在不同的变址位 移量情况下，都能实现无冲突访问。 • 顺序存储：按行、对角线访问没有冲突，但 按列访问每次冲突
0 号体 体内地址 0 1 2 3
2012年8月15日星期三
1 号体
2 号体
3 号体
16
3. 二维数组的无冲突访问存储方案(之二) • 规则：对于任意一个n×n的数组，如果能够 找到满足n＝22P关系的任意自然数p，则这个 二维数组就能够使用n个并行存储体实现按行、 列、对角线和反对角线的无冲突访问。 • 4×4数组用4个存储体的无访问冲突存储方案
0 号体 体内地址 0 1 2 3
或(SSM,Scalable Shared-Memory)
物理上分离的多个存储器可作为一个逻辑上共享的 存储空间进行编址.
• 通信机制:可利用Load和Store指令中的地址隐 含地进行数据通信. 2.多计算机(multicomputers)
整个地址空间由多个独立的地址空间构成,它们在逻 辑上是独立的,远程的处理器不能对其直接寻址.
2012年8月15日星期三 计算机系统结构 第九章 多处理机 18
7.2.1.2 多处理机的Cache一致性
1. Cache不一致性原因
• 在并行处理机和多处理机系统中，采用局部 Cache会引起Cache与共享存储器之间的一致 性问题。 • 出现不一致性问题的原因有三个： 共享可写的数据、进程迁移、I/O传输
第七章 多处理机
• 多处理机定义： 两个或两个以上处理机(包括PU和CU)，通 过高速互连网络连接起来，在统一的操作 系统管理下，实现指令以上级（任务级、 作业级）并行。 • 按照Flynn分类法，多处理机系统属于 MIMD计算机 • 研究多处理机的目的：提前10年得到性能 高100倍的高性能计算机系统。
本科专业认证《计算机体系结构》教学大纲
《计算机体系结构》教学大纲课程名称：计算机体系结构英文名称：Computer Architecture课程编号：0812000485课程性质：选修学分/学时：2/32。
其中，讲授 32学时，实验 0学时，上机 0学时，实训 0学时。
课程负责人：先修课程：模拟电路，数字电路，计算机组成原理，汇编语言，操作系统，算法与程序设计方法一、课程目标通过本课程的教学，使学生先掌握计算机系统结构的基本概念，以及计算机系统结构的形成和发展过程，再以现代计算机系统结构为主线，掌握计算机系统结构的合成、存储系统结构、流水线结构、多处理机系统、RISC结构、分布计算环境结构及数据流计算机结构等现代计算机的系统结构，并了解软件对计算机系统结构的影响，最后了解现代计算机系统结构的最新发展。
本课程帮助学生了解计算机系统结构的基本概念，基本原理、基本结构、基本分析方法以及近年来的重要进展。
通过本课程的学习，达到以下教学目标：1. 工程知识1.1 掌握必要的计算机体系结构基础理论知识。
1.2 能够应用计算机体系结构理论知识解决复杂工程技术问题。
2. 问题分析2.1 能够理解并恰当表述计算机体系结构的实际问题。
2.2 能够找到合适的解决计算机体系结构实际问题的程序与方法。
2.3 在一定的限制条件下能够合理解决计算机体系结构方面的实际问题。
3．设计/开发解决方案能够运用计算机系统结构基础知识初步进行计算机系统的规划与设计并体现创新意识。
4. 研究4.1能够采用计算机系统结构理论知识进行研究并合理设计实验方案。
4.2具备采集有效数据的能力。
5. 使用现代工具能够正确运用工具与资源对计算机系统的性能提升等问题进行设计与实现。
6. 终身学习6.1具有自觉搜集阅读与整理资料的能力。
6.2了解计算机系统结构的发展前沿。
6.3具有终身学习的意识与能力。
二、课程内容及学时分配如表1所示。
三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。
重庆大学 系统结构 题库 名词解释
传输时延（Transport latency）：它等于"飞行"时间和传输时间之和。它是消息在互连网络上 所花费的时间，但不包括消息进入网络和到达目的结点后从网络接口硬件取出数据所花费的时 间。（9）
16、MPP：基于分布存储的大规模并行处理系统（10）
17、S2MP：是一种共享存储的体系结构，和大规模的消息传递系统相比，它支持简单的编程 模型，系统使用方便，是对 SMP 系统在支持更高扩展能力方面的发展。（10）
18、SMP：SMP 称为共享存储型多处理机(Shared Memory mulptiProcessors), 也称为对称型 多处理机（Symmetry MultiProcessors）(10)
"飞行"时间（Time of flight）：消息的第一位信息到达接收方所花费的时间，它包括由于网络 中转发或其它硬件所起的时延（9）
传输时间（Transmission time）：消息通过网络的时间，它等于消息长度除以频宽。（9）
频宽（Bandwidth）：它是指消息进入网络后，互连网络传输信息的最大速率。它的单位是兆 位/秒，而不用兆字节/秒。
28、虚拟直通(virtual cut through) ：目前有一些多计算机系统采用的是虚拟直通的寻径方式 。 虚拟直通的寻径方式的思想是，为了减少时延，没有必要等到整个消息全部缓冲后再作路由选 择，只要接收到用作寻径的消息头部即可判断。 （9）
29、存储转发寻径：存储转发寻径(store and forward) 在存储转发网络中包是信息流的基本单
(3) 顺序流动：一串连续任务在流水线中是一个接一个地在各个功能段中间流过的。从流水线 的输出端看，任务流出流水线的顺序与输入端的任务流入顺序完全相同 ，这种控制方式称为顺 序流动方式
计算机体系结构试题库—名词解释
计算机体系结构试题库名词解释（100题）1．计算机体系结构：计算机体系结构包括指令集结构、计算机组成和计算机实现三个方面的内容。
2．透明性：在计算机技术中，对这种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性(transparency)。
3．程序访问的局部性原理：程序总是倾向于访问最近刚访问过的信息，或和当前所访问的信息相近的信息，程序对信息的这一访问特性就称之为程序访问的局部性原理。
4．RISC：精简指令集计算机。
5．CPI——指令时钟数（Cycles per Instruction）。
6．Amdahl定律——加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中的所占的重要性。
7．系列机：在一个厂家内生产的具有相同的指令集结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
8．软件兼容：同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器，而且它们所获得的结果一样，差别只在于有不同的运行时间。
9．基准程序：选择一组各个方面有代表性的测试程序，组成的一个通用测试程序集合，用以测试计算机系统的性能。
10．合成测试程序：首先对大量的应用程序中的操作进行统计，得到各种操作的比例，再按照这个比例人为制造出的测试程序。
11．Benchmarks：测试程序包，选择一组各个方面有代表性的测试程序，组成的一个通用测试程序集合。
12．核心程序：从真实程序提取出来的用于评价计算机性能的小的关键部分。
13．通用寄存器型机器：指令集结构中存储操作数的存储单元为通用寄存器的机器，称之为通用寄存器型机器。
14．Load/Store型指令集结构：在指令集结构中，除了Load/Store指令访问存储器之外，其它所有指令的操作均是在寄存器之间进行，这种指令集结构称之为Load/Store型指令集结构。
15．虚拟机器：（virtual machine），由软件实现的机器。
16．操作系统虚拟机：直接管理传统机器中软硬件资源的机器抽象，提供了传统机器所没有的某些基本操作和数据结构，如文件系统、虚拟存储系统、多道程序系统和多线程管理等。
体系结构试题及答案
一．名词解释计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
同构型多处理机系统：由多个同类型或至少担负同等功能的处理机组成，它们同时处理同一作业中能并行执行的多个任务。
堆栈型机器：CPU 中存储操作数的单元是堆栈的机器。
累加器型机器：CPU 中存储操作数的单元是累加器的机器。
通用寄存器型机器：CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。
数据相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果下述条件之一成立，则称指令j与指令i数据相关：（1）指令j使用指令i产生的结果；（2）指令j与指令k数据相关，而指令k又与指令i数据相关。
定向：用来解决写后读冲突的。
在发生写后读相关的情况下，在计算结果尚未出来之前，后面等待使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。
如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停顿。
向量处理机：指令级并行：简称ILP。
是指指令之间存在的一种并行性，利用它，计算机可以并行执行两条或两条以上的指令。
指令的动态调度：是指在保持数据流和异常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺序进行重新安排，以提高流水线的利用率且减少停顿现象。
是由硬件在程序实际运行时实施的。
指令的静态调度：是指依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。
它不是在程序执行的过程中、而是在编译期间进行代码调度和优化的。
失效率：CPU访存时，在一级存储器中找不到所需信息的概率。
失效开销：CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。
强制性失效：当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。
容量失效：如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。
计算机组成与体系结构
第1章计算机组成与体系结构根据考试大纲，本章内容要求考生掌握3个知识点。
（1）构成计算机的各类部件的功能及其相互关系；（2）各种体系结构的特点与应用（SMP、MPP）；（3）计算机体系结构的发展。
1.1 计算机体系结构的发展冯·诺依曼等人于1946年提出了一个完整的现代计算机雏形，它由运算器、控制器、存储器和输入/输出设备组成。
现代的计算机系统结构与冯·诺依曼等人当时提出的计算机系统结构相比，已发生了重大变化，虽然就其结构原理来说，占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯·诺依曼型计算机，但是，计算机系统结构有了许多改进，主要包括以下几个方面。
（1）计算机系统结构从基于串行算法改变为适应并行算法，从而出现了向量计算机、并行计算机、多处理机等。
（2）高级语言与机器语言的语义距离缩小，从而出现了面向高级语言机器和执行高级语言机器。
（3）硬件子系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应，从而出现了面向对象操作系统机器和数据库计算机等。
（4）计算机系统结构从传统的指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型，从而出现了数据流计算机和归约机。
（5）为了适应特定应用环境而出现了各种专用计算机。
（6）为了获得高可靠性而研制容错计算机。
（7）计算机系统功能分散化、专业化，从而出现了各种功能分布计算机，这类计算机包括外围处理机、通信处理机等。
（8）出现了与大规模、超大规模集成电路相适应的计算机系统结构。
（9）出现了处理非数值化信息的智能计算机。
例如自然语言、声音、图形和图像处理等。
1.2 构成计算机的各类部件的功能及其相互关系计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备组成。
1966年，Michael.J.Flynn提出根据指令流、数据流的多倍性特征对计算机系统进行分类（通常称为Flynn分类法），有关定义如下：⏹指令流：指机器执行的指令序列。
⏹数据流：指由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果，但不包括输出数据。
体系结构试题及答案
一．名词解释2:1Cache经验规则：大小为N的直接印象Cache的失效率约等于大小为N/2的两路组相联Cache的失效率。
通道处理机：通道的专用处理机，来专门负责整个计算机体系的输入/输出工作。
通道处理机只能执行有限的一组输入/输出指令。
透明性：在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
向量处理机：设置了向量数据表示和相应的向量指令的流水线处理机称为向量处理机。
虚拟Cache：直接用虚拟地址进行访问的Cache计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
同构型多处理机系统：由多个同类型或至少担负同等功能的处理机组成，它们同时处理同一作业中能并行执行的多个任务。
堆栈型机器：CPU 中存储操作数的单元是堆栈的机器。
累加器型机器：CPU 中存储操作数的单元是累加器的机器。
通用寄存器型机器：CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。
数据相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果下述条件之一成立，则称指令j与指令i数据相关：（1）指令j使用指令i产生的结果；（2）指令j与指令k数据相关，而指令k又与指令i数据相关。
定向：用来解决写后读冲突的。
在发生写后读相关的情况下，在计算结果尚未出来之前，后面等待使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。
如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停顿。
指令级并行：简称ILP。
是指指令之间存在的一种并行性，利用它，计算机可以并行执行两条或两条以上的指令。
指令的动态调度：是指在保持数据流和异常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺序进行重新安排，以提高流水线的利用率且减少停顿现象。
是由硬件在程序实际运行时实施的。
指令的静态调度：是指依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。
计算机体系结构第七章 多处理机
一、多处理机的特点
1、多处理机的定义 具有两台以上的处理机，在操作系统控制下通过 共享的主存或输入输出子系统或高速通讯网络进 行通讯。实现指令以上级（任务级、作业级）并 行。 按照Flynn分类法，多处理机系统属于MIMD计算 机。 多处理机系统由多个独立的处理机组成，每个处 理机都能够独立执行自己的程序。
K1
若采用平均分配策略：
RETCT2(11) N 2N N
五、多处理机操作系统
主从型(Master-slave Supervisor) 各自独立型(Separate Supervisor) 浮动型(Floating Supervisor)
主从型
管理程序只在主处理机运行 硬件结构管理控制简单，对主处理机要
求高 适用于工作负荷固定，从处理机能力明
显低的紧耦合、异构型、非对称多处理 机系统 实现简单，经济方便，但不够灵活。
各自独立型
每个处理机有独立的管理程序在运行 管理程序可再入，可靠性高，系统表格
少，系统效率高，实现复杂，访存冲突 解决和负载较困难 适合于松耦合多处理机
浮动型
管理程序在多个处理机间浮动 管理程序可再入，实现复杂，负载平衡
当机数由N台增加到N+1台时，总运行 时间的减少量为：
E(T 1 1 )C ETC N N1 N(N1)
令其>=0，有 N ET
临界值
C
3、额外开销与计算工作重叠
假定额外工作被计算工作完全覆盖，则 总运行时间为：
Rma E*x m {IaK)xC 2 ,(K N 1IK(TIK)}
平均分配
RETCT2 CT2 N 2 2N
简单起见，设T是N的整数倍
《计算机体系结构设计》第07章 并行处理与普适计算
多核CPU，每个处理器核内部有多级指令流水线。 资源共享（Resource Sharing）：
是一种软件方式，利用软件让多个用户按一定时间顺序 轮流地使用同一套资源，以提高其利用率，这样相应地提高 整个系统的性能。例如多道程序分时系统。
7.3.2 多处理机系统中的存储器管理
（1）集中共享（共享存储）的并行处理机
每个PE没有局部存触器，存储模块以集中形式为所有
PE共享。
CU
SC
PE0 PE1
… PEN-1
ICN
MM0 MM1
… MMN-1
I/O-CH I/O … SM 图7.15 集中共享存储器结构
（2）分布共享（分布存储）的并行处理机
7.1 并行计算机系统结构 7.2 单处理机系统中的并行机制 7.3 多处理机系统的组织结构 7.4 多处理机操作系统和算法 7.5 从计算机到网络 7.6 普适计算和移动计算 习题7
7.1.1 指令级并行和机器并行
1 并行性（Parallelism）
并行计算机系统最主要的特性就是并行性 （Parallelism），并行性是指计算机系统具有的同时运算或 同时操作的特性，它包括同时性与并发性两种含义。 同时性（Simultaneity）：指两个或多个事件在同一时刻
发线程级并行和指令级并行的技术，使用的是线程级并行 性（Thread Level Parallelism，简称TLP）。
实现多线程有两种主要的方法： 细粒度（Fine-Grained）多线程 粗粒度（Coarse-Grained）多线程
7.2.2 单片多核处理器CMP
单芯片多处理器(Chip Multiprocessors，CMP)与同时 多线程处理器(Simultaneous Multithreading，SMT)，这
SMP
SMP百科名片SMP，英文缩写，有.对称多处理，移动智能网，系统边际电价，共享内存多处理器，SMP公司，标准管理规程等的英文简写。
目录编辑本段AMD Athlon 64 X2的商业、家庭应用之中并没有太多实际用途，但在专业制作，如3DMaxStudio、Photoshop等软件应用中获得了非常良好的性能表现，是组建廉价工作站的良好伙伴。
随着用户应用水平的提高，只使用单个的处理器确实已经很难满足实际应用的需求，因而各服务器厂商纷纷通过采用对称多处理系统来解决这一矛盾。
在中国国内市场上这类机型的处理器一般以4个或8个为主，有少数是16个处理器。
但是一般来讲，SMP结构的机器可扩展性较差，很难做到100个以上多处理器，常规的一般是8个到16个，不过这对于多数的用户来说已经够用了。
这种机器的好处在于它的使用方式和微机或工作站的区别不大，编程的变化相对来说比较小，原来用微机工作站编写的程序如果要移植到SMP机器上使用，改动起来也相对比较容易。
SMP结构的机型可用性比较差。
因为4个或8个处理器共享一个操作系统和一个存储器，一旦操作系统出现了问题，整个机器就完全瘫痪掉了。
而且由于这个机器的可扩展性较差，不容易保护用户的投资。
但是这类机型技术比较成熟，相应的软件也比较多，因此现在中国国内市场上推出的并行机大量都是这一种。
PC服务器中最常见的对称多处理系统通常采用2路、4路、6路或8路处理器。
目前UNIX服务器可支持最多64个CPU的系统，如Sun公司的产品Enterprise10000。
SMP系统中最关键的技术是如何更好地解决多个处理器的相互通讯和协调问题。
系统结构对称多处理机的系统结构，主要指处理器、存储器、输入输出(I/O)设备三者之间的连接，它对我们更好地理解多处理机操作系统是非常必要的。
多处理器与存储器之间的连接：1、多端口存储器方式：这是最简单的连接。
被共享的存储器有3块，每块都有4个端口，分别与4个处理PowerMac G4系统架构器连接。
LEC11_多处理器
8
矩阵乘法的并行程序
• 共享存储
double (*a)[N],(*b)[N],(*c)[N]; a=jia_alloc(N*N*8); b=jia_alloc(...); c=jia_alloc(...); if (jiapid==0) for (i...) for (j…){ a[i][j]=1;b[i][j]=1; } jia_barrier(); begin=N*jiapid/jiahosts; end=N*(jiapid+1)/jiahosts; for (i=begin; i<end; i++) for (j=0; j<N; j++) for (k=0; k<N; k++) c[i][j]+=a[i][k]*b[k][j]; jia_barrier(); if (jiapid==0) printf C; jia_exit();
• COMA结构
• 存储单元与物理地址分离，数据可以动态地在各结点间移动和复制，每个结点的存储 器相当于一个大容量CACHE，数据一致性也在这一级维护，KSR，DDM等
• 虚拟共享存储系统
• 在基于消息传递的多计算机或机群中，用软件的方法把多个独立编址的存储器转化为 一个统一编址的共享虚拟存储空间，IVY, Midway, Munin, TreadMarks, JIAJIA等
• Sequential consistency defines a correct execution as the one “whose result is the same as if the operations of each individual processor appear in this sequence in the order specified by the program”. • 如果在多处理机环境下的一个并行执行的结果等于同一程序 在单处理机多进程环境下的一个执行的结果，则此并行程序 执行正确
第6章多计算机系统
5、开关枢纽形式
• 将互连结构设置在PE或其接口内部，组成分布 结构(松耦合)。 • 开关枢纽：由仲裁单元和开关单元组成，端口 数不能多。 • 结构：由开关枢纽组成各种结构，如树形结构。 • 开关枢纽网络适宜于PE数较多的系统。
2018/12/11
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6.2 多机系统中的并行性分析
互连网络
P/C LM NIC …
P/C LM NIC
SM
SM … SM
互连网络
大规模并行处理机(MPP)
并行向量处理机(PVP)
2018/12/11
13
多处理机系统结构（二）
结点 结点
P/C P/C P/C … P/C 互连网络 LM DIR NIC …
P/C LM DIR NIC
SM
SM … SM
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3、并行程序设计语言
• 开发方式 设计全新的并行程序语言，难度非常大； 扩充原来的串行语言的语法成份，使它支持并行 特征 不改变串行语言，仅为串行语言提供可调用的并 行库 • 扩展语言的并行结构 FORK－JOIN(在不同的机器上有不同的表现形式） 块结构语言：cobegin-coend(或parbeginparend)
•第1章 •第2章 •第3章 •第4章 •第5章 •第6章 •第7章
计算机系统设计基础 数据表示与指令系统性能分析 通道处理机 流水技术和向量处理 阵列计算机 多处理机系统 其它计算机结构
2018/12/11
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第6章 多处理机系统
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 基本概念与机间互连形式 多处理机系统中并行性分析 共享存储器体系结构 消息传递体系结构 MPI并行程序设计基础
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目录协议必须实现两种基本操作
处理读失效
处理对共享、干净块的写
对共享块写失效的处理是这两个操作的简单组合 (2) 目录必须跟踪记录每个存储块的状态 存储块的状态有三种：
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
共享 在一个或多个处理器上具有这个块的副本，
且主存中的值是最新值（所有Cache
理器是否有该块的拷贝。 当该块为专有时，可根据位向量来寻找其拥
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
结点之间发送的消息 及其作用
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
目录状态转换图
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
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虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器多种改进
有限映射目录 链式结构目录
基于目录的Cache一致性协议是完全由硬件实现的。
此外，还可以用软硬结合的办法实现。
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
缺点： (1) 实现透明的软件Cache一致性的编译机制能力 有限。
(2) 没有Cache一致性，机器就不能利用取出同一
块中的多个字的开销接近于取一个字的开销 这个优点，这是因为共享数据是以Cache块为
单位进行管理的。当每次访问要从远程存储
器取一个字时，不能有效利用共享数据的空 间局部性。 (3) 诸如预取等延迟隐藏技术对于多个字的存取 更为有效，比如针对一个Cache块的预取。
未缓冲 所有处理器的Cache 专有 仅有一个处理器上有该块的副本，且已对该块
进行了写操作，而主存的拷贝仍是旧的。这个处理器 称为该块的拥有者。
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
(3) 由于写作废操作的需要，还必须记录哪些处理器
有该块的拷贝 方法：对每个主存块设置一个位向量
当该块被共享时，每个位指出与之对应的处
第７章 多处理机
7.3
分布式共享存储器体系结构
存储器分布于各结点中，所有的结点通过网络互
连。访问可以是本地的，也可是远程的。 可以不支持Cache一致性：规定共享数据不进入Cache， 仅私有数据才能保存在Cache中。 优点： 所需的硬件支持很少
(因为远程访问存取量仅是一个字(或双字)而
不是一个Cache块)
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
解决Cache一致性问题的关键： 寻找替代监听协议的一致性协议。。
目录协议
在每个结点增加目录存储器，用于存放目录
对每个结点增加目录表后的分布式存储器的系统结构
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
7.3.1 基于目录的Cache一致性及其实现