五、加速比的概念 加速比的常规定义 加速比概念的延伸 六、非线性流水线的概念 非线性流水线的预约表 延迟禁止表 初始冲突向量 状态转移图:调度方案、平均延迟 七、指令级高级并行超级处理机 超标量处理机 超长指令字处理机 超流水线处理机 处理机并行的度
五、加速比的概念 加速比的常规定义 加速比概念的延伸 六、非线性流水线的概念 非线性流水线的预约表 延迟禁止表 初始冲突向量 状态转移图：调度方案、平均延迟 七、指令级高级并行超级处理机 超标量处理机 超长指令字处理机 超流水线处理机 处理机并行的度
第六章多机系统 §1概述 并行性概念 并行性是指在执行任务过程中可同时进行的运算或操作 1.开发并行性的目的 提高计算机的运行效率 2.并行性的含义 具有双重含义:同时性与并发性 同时性是指两个或两个以上的事件在同一时刻发生 并发性是指两个或两个以上的事件在同一时间间隔内 发生
一、并行性概念 并行性是指在执行任务过程中可同时进行的运算或操作。 1. 开发并行性的目的 提高计算机的运行效率 2. 并行性的含义 具有双重含义：同时性与并发性 同时性是指两个或两个以上的事件在同一时刻发生。 并发性是指两个或两个以上的事件在同一时间间隔内 发生
3.并行性的意义 1)并行意味着有多个事件在并行执行,当这 多个事件都在完成同一性质的处理时,意味着 单位时间完成的结果数增加了,从而可提高对 数据处理速度 2)并行同样意味着多个事件中并行处理,当 这些处理都在为一个目的工作时,从提高可靠 性出发,按多数表决法,对多数得出的相同结 果具有高的可靠性。 3)并行也可能意味着要增加硬件成本,因而 需根据性能价格比来评价这种开销是否合理
3.并行性的意义 1）并行意味着有多个事件在并行执行，当这 多个事件都在完成同一性质的处理时，意味着 单位时间完成的结果数增加了，从而可提高对 数据处理速度。 2）并行同样意味着多个事件中并行处理，当 这些处理都在为一个目的工作时，从提高可靠 性出发，按多数表决法，对多数得出的相同结 果具有高的可靠性。 3）并行也可能意味着要增加硬件成本，因而 需根据性能价格比来评价这种开销是否合理
从单机向多机发展的三条途径 时间重叠 单机系统 资源共享 资源重复 操作流水线 多用户分时系统」汇编结构, 存储器多体结构 C鋅 指令流水线 虚拟机不同概念结机系统 构的计算机系统 多处理部件结构 宏流水线 用微小型机代替虚 同构型多机系统 拟机 异构型的 (包括并行式、 名机系统阵列式多机系统[分布式多机系统
二、从单机向多机发展的三条途径 操作流水线 单机系统 指令流水线 宏流水线 异构型的 多机系统 多处理部件结构 同构型多机系统 （包括并行式、 阵列式多机系统 用微小型机代替虚 拟机 分布式多机系统 存储器多体结构 多用户分时系统 虚拟机不同概念结 构的计算机系统 时间重叠 资源共享 资源重复 汇编结构， C结构计算 机系统
●并行处理的四个等级: ●单机流水处理中一条指令内多个操作的并行处理 ●并行处理机多条相同指令的并行处理(指令间); 多处理机多个任务的并行处理; ●多计算机系统多程序(作业)的并行处理 多机系统的耦合度 1.何谓耦合度 多机之间相互的通信控制能力或相互依赖程 度,称为多机之间的耦合度
l 并行处理的四个等级： l 单机流水处理中一条指令内多个操作的并行处理; l 并行处理机多条相同指令的并行处理（指令间）; l 多处理机多个任务的并行处理; l 多计算机系统多程序（作业）的并行处理。 三、多机系统的耦合度 1.何谓耦合度 多机之间相互的通信控制能力或相互依赖程 度，称为多机之间的耦合度
三种耦合度 1)最低耦合:多机之间几乎没有共享设备,如仅用二 三条线连接起来的计算机。(如RS232C通信)。 2)松散耦合:多机之间有一定的共享设备,如大型的 主机与外围机,它们之间共享受主存,0通道。但它 们之间也可相对独立工作,又如连接在网络上的计算机, 连接在局域网上的计算机共享硬盘。处理机间一般通过 消息传递系统交换信息,也有通过通道互联实现处理机 间的通讯。 3)紧密耦合:耦合度最高,相互依赖很强,如阵列式 多处理机的CU(控制部件)和PU(处理部件)之间。通 过共享主存实现处理机间的通讯,通讯速率受限于主存 频宽
2.三种耦合度 1）最低耦合：多机之间几乎没有共享设备，如仅用二、 三条线连接起来的计算机。（如RS232C通信）。 2）松散耦合：多机之间有一定的共享设备，如大型的 主机与外围机，它们之间共享受主存，I/O通道。但它 们之间也可相对独立工作，又如连接在网络上的计算机， 连接在局域网上的计算机共享硬盘。处理机间一般通过 消息传递系统交换信息，也有通过通道互联实现处理机 间的通讯。 3）紧密耦合：耦合度最高，相互依赖很强，如阵列式 多处理机的CU（控制部件）和PU（处理部件）之间。通 过共享主存实现处理机间的通讯，通讯速率受限于主存 频宽
四、多机系统的分类及特点 多机系统指的是多处理机系统和多计算机系统 1.多处理机系统 1)各处理机共享I/O0通道。 2)属于紧耦合。 3)表现形式有: 并行(阵列)式多处理机系统; 分布式多处理机系统。 2.多计算机系统 1)各处理机具有自己的I/0通道和主存 2)属于最低耦合或松耦合 3)典型表现为计算机网络
四、多机系统的分类及特点 多机系统指的是多处理机系统和多计算机系统。 1.多处理机系统 1）各处理机共享I/O通道。 2）属于紧耦合。 3）表现形式有： 并行(阵列)式多处理机系统； 分布式多处理机系统。 2.多计算机系统 1）各处理机具有自己的I/O通道和主存 2）属于最低耦合或松耦合 3）典型表现为计算机网络
§2多处理机系统 伊( ILLIAC)IV阵列式 CU2 CUI 多处理机系统 1.总体结构:最初设计具有 A2 Al 四个象限的阵列式多处理机 系统,其中,CU为阵列控制 CU4 部件,A为阵列处理部件。 A3 A4 2.CU的主要功偷 I/O CH 1)对指令进行译码。 2)向阵列处理部件A发出公共地址、公共数据。 3)向A发出各种控制命令。 CU应当具备高性能的标量处理能力,否则将制约整个 阵列处理机的性能
一．伊（ILLIAC）IV阵列式 多处理机系统 1. 总体结构：最初设计具有 四个象限的阵列式多处理机 系统，其中，CU为阵列控制 部件，A为阵列处理部件。 CU1 A1 CU2 A2 CU4 A4 CU3 A3 2. CU的主要功能 I/O CH 1）对指令进行译码。 2）向阵列处理部件A发出公共地址、公共数据。 3）向A发出各种控制命令。 CU应当具备高性能的标量处理能力，否则将制约整个 阵列处理机的性能
3阵列处理部件A 1)由64个PU组成,且排列成8*8的阵列结构 PU56 PU57 PU63 PUO PU1卜"◆◆ PUt Pub PU8 H PU9 PU15H-PU16 PUb PU56k4叫PU57 ←[PU63>PU0 PUOY PUl PUt
3 阵列处理部件A 1）由64个PU组成，且排列成8*8的阵列结构。 PU0 PU1 PU7 PU56 PU57 PU63 PU8 PU63 PU8 PU9 PU15 PU16 PU7 PU56 PU57 PU63 PU0 PU55 PU0 PU1 PU7
2)各PU在水平方向上按±1进行连接,且以64为模, 称为水平螺旋连接 3)各PU在竖直方向上按±8进行连接,也以64为模, 称为竖直圆柱连接。 (在本节的互连网络中,这种连接采用何种互连函 数,将会介绍) 阵列存储器 1)每个PU除它们共享的主存外,各PU还有自己的局 部存储器。(其总容量是2K×64个局部存储器(PEM0 PEM63)共有2K×64=128K) 2)由于局部存储器随阵列分布,因此又称为阵列分 布存储器
2 ）各PU在水平方向上按±1进行连接，且以64为模， 称为水平螺旋连接。 3）各PU在竖直方向上按±8进行连接，也以64为模， 称为竖直圆柱连接。 （在本节的互连网络中，这种连接采用何种互连函 数，将会介绍） 3 阵列存储器 1）每个PU除它们共享的主存外，各PU还有自己的局 部存储器。（其总容量是2K64个局部存储器（PEM0 PEM63）共有2K64=128K） 2）由于局部存储器随阵列分布，因此又称为阵列分 布存储器