1、精選優質文檔-傾情為你奉上第一章1.計算機系統結構的定義：計算機系統結構主要研究軟硬件功能分配和對軟硬件界面的確定3.透明性概念：本來存在的事物或屬性，從某種角度看似乎不存在4.計算機系統的多層次模型：第6級 專用應用語言機器 特定應用用戶（使用特定應用語言）（經應用程序翻譯成高級語言）第5級 通用高級語言機器 高級語言程序員（使用通用高級語言）（經編譯程序翻譯成匯編語言）第4級 匯編語言機器 匯編語言程序員（使用匯編語言）（經匯編程序翻譯成機器語言、操作系統原語）第3級 操作系統語言機器 操作系統用戶（使用操作系統原語）（經原語解釋子程序翻譯成機器語言）第2級 傳統機器語言機器 傳統機器程序

2、員（使用二進制機器語言）（由微程序解釋成微指令序列）第1級 微指令語言機器 微指令程序員（使用微指令語言）（由硬件譯碼器解釋成控制信號序列）第0級 硬聯邏輯 硬件設計員第0級由硬件實現，第1級由微程序實現，第2級至第6級由軟件實現，由軟件實現的機器稱為：虛擬機從學科領域來劃分：第0和第1級屬于計算機組織與結構，第3至第5級是系統軟件，第6級是應用軟件。它們之間仍有交叉。第0級要求一定的數字邏輯基礎；第2級涉及匯編語言程序設計的內容；第3級與計算機系統結構密切相關。在特殊的計算機系統中，有些級別可能不存在。5. 計算機運算速度評價的主要方法：1）時鐘頻率（2）指令執行速度MIPS及KIPS、GI

3、PS、TIPS 書P15-16（3）等效指令速度。（CPI (Cycles Per Instruction) 為每條指令所需的平均時鐘周期數，IPC為每個時鐘周期平均執行的指令條數。）例子：如果浮點開平方操作FPSQR的比例為2%，它的CPI為100 ，其他浮點操作的比例為23% ，它的CPI4.0，其余指令的CPI1.33 ，計算該處理機的 等效CPI。如果FPSQR操作的CPI也為4.0，重新計算等效CPI。解： 等效CPI1100 2 4 231.33 753.92 等效CPI24 251.33 752.00 由于改進了僅占2 的FPSQR操作的CPI，使等效速度提高了近一倍。6.Amd

4、ahl定律的內容及計算（公式： ）書P9-10內容：系統中某一部件由于采用某種更快的執行方式后整個系統性能的提高與這種執行方式的使用頻率或占總執行時間的比例有關。其中：Sn全局加速比；To原執行時間（old）；Tn新執行時間（new）；Se被改進部分的局部加速比；Fe被改進部分原執行時間占原來總時間的百分比。8.CPU性能公式：CPU時間=（ICCPI）/頻率 書P10-119.存儲器訪問的局部性原理實質：根據程序運行的最近情況，可以較為精確的預測出最近的將來將要訪問哪些指令和數據。(1) 時間局部性：最近訪問過的代碼在很短的時間內有可能被再次訪問；主要對應于循環語句；（2）空間局部性：與剛被

5、訪問過的指令或數據相鄰的指令或數據有可能馬上被訪問；主要對應于順序執行的語句。 訪問的局部性原理是構成層次化存儲系統的理論基礎。10. 計算機系統結構的通用分類：（1） 佛林（Flynn）分類法：按照指令流和數據流的多倍性特征對計算機系統進行分類。具體內容：書7頁有圖 （1）單指令流單數據流SISD（2）單指令流多數據流SIMD（3）多指令流單數據流SIMD （4）多指令流多數據流SIMD（2） 馮澤云分類法：用最大并行度來對計算機系統進行分類。（3） Handler分類法練習題一、題4 （P32）二、題12 （P33）答案： 一4：(N/M)3Ks 3：(N/M)2Ks 2：(N/M)Ks

6、1：Ks二、Amdahl定律公式，Sn=20/(20-19Fe)用三點作圖法作出關系曲線第二章4.操作碼優化表示（哈弗曼及擴展編碼方法）：計算 書P91-956.CISC與RISC的概念與區別：CISC（復雜指令系統計算機）：增強指令功能，設置功能復雜的指令；面向目標代碼、面向高級語言、面向操作系統；用一條指令代替一串指令RISC（精簡指令系統計算機）：簡化指令功能，只保留功能簡單的指令；較復雜的功能用子程序來實現CISC與RISC區別：CISCRISC指令系統復雜龐大簡單精簡指令數大于200小于100指令格式一般大于4一般小于4尋址方式一般大于4一般小于4指令字長不固定固定32位訪存指令不限

7、制Load Store質量使用頻率相差很大相差不大指令執行時間相差很大一個機器周期之內優化編譯實現難容易代碼程度較短較長控制邏輯實現微程序硬連接7.RISC的特點：(1) 簡單而統一格式的指令譯碼。(2) 大部分指令可以單周期執行完成。(3) 只有LOAD和STORE指令可以訪問存儲器。(4) 簡單的尋址方式。 (5) 采用延遲轉移技術 。(6) 采用LOAD延遲技術。9.RISC的關鍵技術：延時轉移技術（重點看一下）、指令取消技術、重疊寄存器窗口技術、指令流調整技術、以硬件為主固件為輔10.減少指令平均執行周期CPI是RISC 思想的精華練習題：1、假定要將某一執行部件的執行速度提高到原來的

8、10倍，改進后被改進部件執行時間占系統總運行時間的50。問： (1)改進后獲得的加速比時多少？(2)改進前該部件的之下時間占總之下時間的百分比時多少？2、有一臺計算機系統可以按功能分為四級，自下向上表示為、。每一級的功能各不相同，每一級的指 令都比其下一級的指令在功能上強M倍，即第I級的一條指令能夠完成第I1級的M 條指令的計算量。現若需第I 級的N條指令解釋第I1級的一條指令，而有一段第級的程序需要運行Ks，問在第、各級一段功能等效 的程序各需多長時間？3、某模型機共有9條指令，使用頻度分別為：0.30 、0.24 、0.06 、0.07 、0.07 、0.02 、0.03 、0.20 、0

9、.01 。該機 具有若干通用寄存器，主存為16位字長，字節編址，采用按整數邊界存取，任何指令必須在一個主存周期中取得， 短指令為寄存器寄存器型，長指令為寄存器主存型，主存地址應當能夠變址尋址。 (1)、設計優化實用的操作碼編碼；(2)、最多可以使用多少個通用寄存器(3)、畫出兩種指令格式，指出主存變址尋 址的最大相對位移量為多少？第三章 看書1.存儲器的主要性能指標：速度 容量 價格 2.存儲系統（或存儲體系、存儲層次）的定義兩個或兩個以上速度、容量和價格各不相同的存儲器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結合的方法連接起來成為一個 系統。這個系統對應用程序員透明，并且，從應用程序員看，它是一個存儲器

10、，這個存儲器的速度接近速度最快的那個存儲器，存儲容量與容量最大的那個存儲器相等，單位容量的價格接近最便宜的那個存儲器。3.命中率與存儲系統等效訪問速度和效率的計算 書133頁4.虛擬存儲器是由主存儲器和磁盤存儲器共同組成。4.Cache存儲系統：由Cache和主存儲器構成5.虛擬存儲器的三種地址映像與變換方式：頁式虛擬存儲器、段式虛擬存儲器、段頁式虛擬存儲器6.cache地址映象：全相聯映象、直接相聯映象、組相聯映象、位選擇組相聯映象、段相聯映象7. 堆棧型替換算法的定義與堆棧模擬圖的應用：定義：對任意一個程序的頁地址流作兩次主存頁面數分配，分別分配m個主存頁面和n個主存頁面，并且有mn。如果

11、在任何時刻t，主存頁面數集合Bt都滿足關系： Bt（m） Bt（n） 則這類算法稱為堆棧型替換算法。堆棧模擬圖的應用（計算題）例題：一個虛擬存儲系統，采用最久沒有使用算法，實存共5頁，為2道程序分享，頁地址流分別如下P1= 1 2 3 4 1 3 2 1P2= 1 2 3 4 2 2 3 3試作2個實存分配方案，分別使2道程序滿足(1)命中率相同；(2)命中次數之和最大。結論如下(1)命中率相同的方案是n1=3而n2=2；(2)命中次數之和最大的方案是n1= 4而n2= 1。8.Cache存儲系統工作：基于程序局部性訪問原理，是對主存信息的拷貝9.組相聯地址映像及其變換（180頁圖）10.ca

12、che系統的加速比：書P9310.Cache與主存不一致性產生的原因及更新方法：造成Cache與主存的不一致的原因：(1) 由于CPU寫Cache，沒有立即寫主存(2) 由于IO處理機或IO設備寫主存Cache的更新算法：(1) 寫直達法，又稱寫通過法，WT（Writethrough）：CPU在執行寫操作時，把數據同時寫入Cache和主存。(2) 寫回法，又稱為抵觸修改法，WB（WriteBack）：CPU的數據只寫入Cache，不寫入主存。僅當替換時， 才把修改過的Cache塊寫回到主存。習題：Cache存儲系統中，Cache的訪問周期為10ns，主存儲器的訪問周期為60ns,每個數據在Ca

13、che中平均重復使用4次。當塊的大小為1個字時，存儲系統的訪問效率只有0.5，現在要提高增加塊的大小，使存儲系統的訪問效率達到0.94。1、當存儲系統的訪問效率為0.5時，計算命中率和等效訪問周期；2、為了使存儲系統的訪問效率達到0.94，命中率和等效訪問周期應當為多少？3、為了使存儲系統的訪問效率從0.5提高到0.94，塊的大小至少要增加到幾個字？第四章1.IO系統的特點及其相應解決方法輸入輸出系統的特點集中反映在異步性，實時性，和與設備無關性三項基本要求上，它們對輸入輸出系統的組織產生決定性影響。實時性反映了不同種類設備對于CPU響應時間的區別，采用層次結構的方法來解決 設備無關性表明了標

14、準接口非標準設備驅動軟件的實現途徑，采用分類處理的方法來解決。 異步性反映了設備相對于CPU的獨立性，采用自治控制的方法來解決。2.輸入輸出系統的組織方式1. 自治控制：輸入輸出系統是獨立于CPU之外的自治系統，處理機與外圍設備之間要有恰當的分工。2. 層次結構：最內層是輸入輸出處理機、輸入輸出通道等中間層是標準接口。標準接口通過設備控制器與輸入輸出設備連接。3. 分類組織：面向字符的設備，如字符終端、打字機等，面向數據塊的設備，如磁盤、磁帶、光盤等。2.3種基本I/O方式：程序控制輸入輸出方式、中斷輸入輸出方式、直接存儲器訪問方式2. 輸入輸出系統的特點：輸入輸出系統是處理機與外界數據交換的

15、通道。輸入輸出系統最典型地反映著硬件與軟件的相互結合。3. 中斷的定義：當出現來自系統外部，機器內部，甚至處理機本身的任何例外的，或者雖然是事先安排的，但出現在現行程序的什么地方是事先不知道的事件時，CPU暫停執行現行程序，轉去處理這些事件，等處理完成后再返回來繼續執行原先的程序。4. 中斷源：引起中斷的各種事件 安排中斷優先順序主要由下列因素來決定：中斷源的急迫性。設備的工作速度。數據恢復的難易程度。要求處理機 提供的服務量。 要求：響應速度快，靈活性好。 通過軟件設置中斷屏蔽碼改變中斷服務順序。4.中斷處理的流程表示通常用硬件實現 現行指令結束，且沒有更緊急的服務請求 ；關CPU中斷 ；保

16、存斷點，主要保存PC中的內容表示可以用硬件實現，也可以用軟件實現 撤消中斷源的中斷請求 ；保存硬件現場，主要是PSW及SP等 ；識別中斷源 ；改變設備的屏蔽狀態表示通常用硬件實現 進入中斷服務程序入口表示可以用硬件實現，也可以用軟件實現 保存軟件現場，在中斷程序中使用的通用寄存器等表示通常用軟件實現 開CPU中斷，可以響應更高級別的中斷請求 ；中斷服務，執行中斷服務程序 ；關CPU中斷表示可以用硬件實現，也可以用軟件實現 恢復軟件現場 ；恢復屏蔽狀態 ；恢復硬件現場 ；開CPU中斷 表示通常用軟件實現 返回到中斷點必須用硬件實現的有：保存中斷點和進 入中斷服務程序入口。必須用軟件實現的有：中斷

17、服務和返回到中斷點。5. 中斷響應時間：從中斷源向處理機發出中斷服務請求開始，到處理機開始執行這個中斷源的中斷服務程序時為止5. 中斷屏蔽的兩種方法：方法一：每級中斷源設置一個中斷屏蔽位。方法二：改變處理機優先級使用中斷屏蔽位實現中斷屏蔽的計算：有四個中斷源D1、D2、D3和D4，它們的中斷優先級從高到低分別是1級、2級、3級和4級。這些中斷源的正常中斷屏蔽碼和改變后的中斷屏蔽碼見下表。每個中斷源一位，共4位屏蔽碼。1表示不允許中斷，0表示允許中斷中斷源名稱 中斷優先級 正常中斷屏蔽碼D1 D2 D3 D4 改變后的中斷屏蔽碼D1 D2 D3 D4D1 1 1111 1000D2 2 0111

18、 1100D33 0011 1110D4400011111解：如果4個中斷源都使用正常的中斷屏蔽碼，處理機的中斷服務順序將嚴格按照中斷源的中斷優先級進行。如果改變中斷屏蔽碼，當D1、D2、D3和D4這4個中斷源同時請求中斷服務時，處理機實際為各個中斷源服務的先后次序就會改變。處理機響應的順序是D1、D2、D3、D4實際服務的順序是D4、D3、D2、D1例題2：某處理機共有4個中斷源D1、D2、D3和D4，它們的硬件中斷優先級從低到高分別為1級、2級、3級和4級。處理機本身的優先級最低，為0級。在中斷源D1、D2、D3、D4的中斷向量中，程序員為它們設置的優先級分別為4級、3級、2級、1級。解：

19、在處理機狀態字中設置3個中斷屏蔽位。000為處理機本身的優先級，001100分別表示4個中斷源的中斷優先級。當4個中斷源同時請求中斷服務時，8.通道的種類及其工作方式字節多路通道 為多臺低中速的外圍設備服務，有多個子通道，每個子通道連接一個控制器選擇通道 為高速外圍設備服務，只有一個以成組方式工作的子通道 數組多路通道 字節多路通道和選擇通道的結合。 每次為一臺高速設備傳送一個數據，并輪流為多臺外圍設備服務。 從磁盤存儲器讀出文件的的過程分為三步：定位、找扇區、讀出數據。數組多路通道的實際工作方式是：在為一臺高速設備傳送數據的同時，有多臺高速設備可以在定位或者在找扇區。與選擇通道相比，數組多路

20、通道的數據傳輸率和通道的硬件利用都很高，控制硬件的復雜度也高。9.通道傳輸時間與流量的計算公式字節多路通道的數據傳送過程:一個字節多路通道連接 P臺設備，每臺設備都傳送 個字節選擇通道的數據傳送過程：選擇通道連接 P 臺設備，每臺設備都傳送 個字節數組多路通道的數據傳送過程:數組多路通道連接P 臺設備，每臺設備都傳送 個字節10. 通道流量分析：書P243 練習題：1、某處理機有4個中斷源，分別為D1、D2、D3、D4。要求處理機響應中斷源的中斷請求次序從高到低依次為D1、D2、D3、D4，而處理機實際為各個中斷源服務的先后次序為D3、D2、D1、D4。每個中斷源有四位中斷屏蔽碼，其中“0”表

21、示開放中斷，“1”表示該中斷被屏蔽。（1） 試設計各中斷源的中斷優先級和中斷屏蔽碼； （2） 如果處理機在運行主程序時，同時有D1、D2兩個中斷源請求中斷服務，而在運行中斷源D2的中斷服務程序的過程中，中斷源D3、D4又同時請求中斷服務，試畫出處理機響應各個中斷源的中斷服務請求和實際運行中斷服務程序過程的示意圖。 2 、如果某通道在數據傳送過程中，選擇設備需要9.8us，傳送一個字節需要0.2us，某個低速設備每隔500us發出一個字節傳送請求，問該通道至多可接幾臺這種低速設備？對于如下A-F六種高速設備，一次通訊傳送的字節數不少于1024 個字節，問哪些設備可以掛接在此通道上，那些不能？ 3

22、 、書p251 第五章1.指令重疊的執行方式：1.順序執行方式2.一次重疊執行方式3.二次重疊執行方式2.采用先行控制方式的處理機結構3.各緩沖棧的作用1.先行指令緩沖棧：處于主存儲器與指令分析器之間，用它來平滑主存儲器取指令和指令分析器使用指令之間的速度差異2.先行操作棧： 處于指令分析器和運算控制器之間，使指令分析器和運算器能夠各自獨立工作。采用先進先出方式工作，由指令寄存器堆和控制邏輯組成。3.先行讀數棧 處于主存儲器與運算器之間，平滑運算器與主存儲器的工作。每個緩沖寄存器由地址寄存器、操作數寄存器和標志三部分組成。也可以把地址寄存器和操作數寄存器合為一個。 當收到從指令分析器中送來的有

23、效地址時，就向主存申請讀操作數。讀出的操作數存放在操作數寄存器中或覆蓋掉地址寄存器中的地址。4.后行寫數棧 每個后行緩沖寄存器由地址寄存器、數據寄存器和標志三部分組成。指令分析器遇到向主存寫結果的指令時，把形成的有效地址送入后行寫數棧的地址寄存器中，并用該地址 寄存器的編號替換指令的目的地址部分，形成RR*指令送入先行操作棧。當運算器執行這條RR*型寫數指令時，只要把寫到主存的數據送到后行寫數棧的數據寄存器中即可。3. 先行控制技術的關鍵是緩沖技術和預處理技術4. 線性流水線：每一個流水段都流過一次，而且僅流過一次5. 非線性流水線：某些流水段之間有反饋回路或前饋回路。4.流水線的三個主要性能

24、指標的定義及計算 書P285-294主要指標：吞吐率、加速比和效率5. 非線性流水線的無沖突調度算法 書P294-300線性流水線能用流水線連接圖唯一表示，對于非線形流水線，連接圖不能唯一表示工作流程，需要引入流水線預約表啟動距離：連續輸入兩個任務之間的時間間隔例題：一條4功能段的非線性流水線，每個功能段的延遲時間都相等，它的預約表如下：(1)寫出流水線的禁止向量和初始沖突向量。(2)畫出調度流水線的狀態圖。(3)求最小啟動循環和最小平均啟動距離。(4)求平均啟動距離最小的恒定循環。解：(1)禁止向量為： (2，4，6)初始沖突向量：S = (2)構造狀態圖S邏輯右移2、4、6位時，不作任何處

25、理，邏輯右移1、3、5和大于等于7時：S右移1位之后： ，S右移3位之后： ，S右移5位之后： ，S右移7位或大于7位后還原到它本身。右移5位之后：，右移3位之后：，右移5位之后：。簡單循環：狀態圖中各種沖突向量只經過一次的啟動循環。(3)最小的啟動循環為 （1，7）和（3，5）,平均啟動距離為4。(4) 啟動距離最小的恒定循環為（5）6.數據相關與控制相關的概念數據相關：在執行本條指令的過程中，如果用到的指令、操作數、變址量等是前面指令的執行結果，這種相關稱為數據相關。控制相關：由條件分支指令、轉子程序指令、中斷等引起的相關。7.超標量處理機的概念有兩條或兩條以上能同時工作的指令流水線，超標

26、量處理機采用的是空間并行性。（先行指令窗口：能夠從指令Cache中預取多條指令，能夠對窗口內的指令進行數據相關性分析和功能部件沖突檢測，保存暫時不能進入操作部件的指令。先行指令窗口的作用類似于先行指令緩沖棧，典型大小為28條指令。超流水線處理機：在一個周期內分時發射多條指令的處理機，超流水線處理機采用的是時間并行性。）超標量超流水線處理機：一個時鐘周期發射m次，每次發射n條指令三種處理機的性能關系：超標量處理機的相對性能最高，其次超標量超流水處理機，超流水線處理機的相對性能最低9.順序與亂序的概念 多流水線的調度主要有三種方法：順序發射順序完成、順序發射亂序完成、亂序發射亂序完成 指令發射順序

27、是按照程序中指令排列順序進行的稱為順序發射。指令完成順序是按照程序中指令排列順序進行的稱為順序完成習題：1、 一個15000條指令的程序在一臺時鐘頻率為25MHZ的線性流水線處理機上運行，假設該流水線分為相等的5段，并且每個時鐘周期發射一條指令，忽略由于轉移指令和數據相關造成的損失。（1） 、使用該流水線執行這個程序，并用流過延遲時間與其相等的一個等效非流水線處理機執行同一程序。兩者相比較，加速比是多少？（2）、計算該流水線的效率和吞吐率。解：(1)等效非流水線處理機執行一條指令需要5個時鐘周期，依照加速比的定義：S=n*k/(k+n-1)=15000*5/(5+15000-1)=75000/

28、15004=4.9986(2)流水線的效率：E=n*k/(k*(k+n-1)=15000/15004=0.9997吞吐率：TP=n*f/(k+n-1)=15000*25M/(k+n-1)=24.99MIPS2、一個5段流水線處理機的預約表如下：1、列出禁止向量和沖突向量2、畫出狀態轉移圖3、列出所有簡單循環，指出最小啟動循環及其啟動距離4、計算該流水線的最大吞吐率5、指出最小恒定循環，計算相對應的吞吐率解：(1)禁止向量（3，4，5），沖突向量（11100）(2)狀態轉移圖(3)簡單循環(1,1,6),(2.6),(6),(1,6),最小啟動循環（1，1，6），啟動距離2.67(4)最大吞吐率

29、:設該流水線時鐘周期為t，則Tp=3/8t(5)最小恒定循環為6，相對應的吞吐率Tp=1/6t第七章1.互連網絡主要特性（了解）特性：(1)網絡規模：網絡中結點的個數 (2)結點度：與結點相連接的邊數稱為結點度，進入結點的邊數叫入度， 從結點出來的邊數則叫出度 (3)距離：兩個結點之間相連的最少邊數 (4) 網絡直徑：網絡中任意兩個結點間距離的最大值。用結點間的連接邊數2.互聯網絡傳輸的性能參數：(1)頻帶寬度 (Bandwidth)：傳輸信息的最大速率(2)傳輸時間 (Transmission time)：等于消息長度除以頻寬。(3)飛行時間 (Time of flight)：第一位信息到達

30、接收方所花費的時間。(4)傳輸時延 (Transport latency)：等于飛行時間與傳輸時間之和。(5)發送方開銷 (Sender overhead)：處理器把消息放到互連網絡的時間。(6)接收方開銷 (Receiver overhead)：處理器把消息從網絡取出來的時間。3.互連網絡的種類：1 靜態互連網絡2 循環互連網絡3 多級互連網絡4 全排列互連網絡5 全交叉開關網絡4.6種基本互連函數的定義與計算（計算）書P395例6.2：假設16個處理機的編號分別為0、1、15，采用單級互連網絡。互連函數分別為：(1)Cube3(2)PM2+3(3)PM2-0(4)Shuffle(5)But

31、terfly (6)Reversal第12號處理機分別與哪一個處理機相連？解：(12)10下= (1100)2下1100最高位取反得0100，4號處理機(12 + 8) MOD 16 = 4，4號處理機12 1 = 11，11號處理機1100循環左移1位得到1001, 9號處理機1100的最高最低位交換0101, 5號處理機1100的位序反過來為0011, 3號處理機13.多級立方體網的構成及工作原理 習題1：有編號為031共32個處理機，分別計算下列互連函數（E：交換函數；S：混洗函數；B：蝶式函數；PM2I：移數函數；自變量為10進制處理機編號）。第八章并行性的兩種類型和三種技術途徑兩種并

32、行性概念：(1)同時性并行Simultaneity：兩個或兩個以上事件 在同一時刻發生。(2)并發性并行Concurrency：兩個或兩個以上事件在 同一時間間隔內發生。三條技術途徑：(1)資源重復：重復設置多個部件來提高速度。(2)時間重疊：流水線(3)資源共享：分時系統，分布式系統并行處理機的定義：多個處理部件PU按照一定方式互連，在同一個控 制部件CU控制下，對各自的數據完成同一條指令規定 的操作。從CU看，指令是串行執行的，從PU看，數據 是并行處理的。并行處理機也稱為陣列處理機，按照按照佛林分類法，它屬于SIMD處理機。并行處理機的兩種分類及其結構分類：分布存儲器并行處理機和共享存儲

33、器并行處理機 分布式存儲器并行處理機的結構框圖 共享存儲器并行處理機的結構框圖第九章多處理機的定義與特點多處理機定義：兩個或兩個以上處理機(包括PU和CU)，通過高 速互連網絡連接起來，在統一的操作系統管理下， 實現指令以上級（任務級、作業級）并行。多處理機系統的特點1. 結構靈活并行處理機：專用，PE數多，固定有限通信多處理機： 通用，PE數少，高速靈活通信2. 程序并行性并行處理機的并行性存在于指令內部，識別比較容易。 多處理機的并行性存在于指令外部，在多個任務之間，識 別難度較大。一個簡單的例子：Y = A+B*C*D/E+F，用兩個處理機計算：CPU1：B*C， A+F， A+B*C*

34、D/E+FCPU2：D/E， B*C*D/E，3. 并行任務派生并行處理機把同種操作集中，由指令直接啟動各PE同時工 作。多處理機用專門的指令來表示并發關系，一個任務執行時 能夠派生出與它并行的另一些任務。如果沒有空閑處理機，任務進入排隊器等待。4. 進程同步并行處理機僅一個CU，自然是同步的。多處理機中，各處理機執行不同的指令，工作進度不會也不必保持相同。先做完的要停下等待。有數據相關和控制相關也要停下等待。要采取同步措施來保持程序要求的正確順序5. 資源分配和進程調度并行處理機的PE是固定的，用屏蔽來改變實際參加操 作的PE數目。多處理機執行并發任務，需用處理機的數目不固定， 各處理機進出

35、任務的時刻不相同，所需共享資源的品種、數量隨時變化。多處理機基本模型及其結論多處理機運算的基本模型目標：由M個任務組成的程序，在N臺處理機組成的系統上運行，求最短執行時間？基本模型僅考慮由兩臺處理機組成的系統。假設：1、每個任務的執行時間R；2、不在同一個處理機上的兩個任務需要相互通訊，每次通訊時間為C。總處理時間R*Max(MK，K)C*(MK)*K其中：R：每個任務的執行時間，C：通信開銷，K：任務分配參數。通信時間C(M-K)K是一個開口向下的二次函數，任務執行時間是兩根相交的直線，最小值發生在中間即 K=M/2令：通訊時間執行時間則 R*M/2=C*M/2*(M-M/2)則 R/C=M

36、/2當通信時間比較大時(R/CM/2)，總時間的最小值發生在中點 (K=M/2)。總時間最短的結論：1、當R/CM/2時，把所有任務分配給同一臺處理機，K0；2、當R/CM/2時，把任務平均分配給兩臺處理機，KM/2。N臺處理機系統的基本模型要解決的問題：把M個任務分配給N臺處理機，求總處理時間的最小值。T=Rmax(Ki)+C/2Ki(M-Ki)與兩臺處理機的情況類似，實際的最小值發生在極端分配 情況下：或者將所有的任務集中在一臺處理機上，或者將任務平均分配給所有處理機。M不是N的整數倍，如何平均分配？：例1：個任務平均分給臺處理機：例2： 11個任務平均分給臺處理機：M個任務分配給N臺處理

37、機的最佳分配方法：1、 M是N的整數倍，平分2、 M是N的整數倍， 臺處理機，每臺 個任務如果M/N0，則：另外有1臺處理機分得剩下的 個任務；剩下的 臺處理機不分配任何任務。例如：101個任務平均分給50臺處理機：有33臺處理機，每臺分給3個任務；另有臺處理機分給個任務；剩下的16臺處理機不分配任務。假設Ki 個任務分給了第臺處理機：第一項求出N臺處理機中最大執行時間；第二項計算出Ki 與（MKi ）任務之間兩兩通信的開銷 時間，它是關于Ki 的二次函數。Ki最多有3個取值： 、 和0當M 是N 的倍數時，單臺處理機執行全部M個任務的總時間：總處理時間RM使兩者差為0，得到R/C=M/2結論

38、：當R/CM/2時采用平均分配方法， 當R/CM/2時采用集中分配方法。總結上面幾個模型，可以得出如下結論：(1)多處理機系統結構所需的額外開銷，包括調度，對 共享資源的競爭、同步、處理機之間通信等。(2)當處理機臺數增加時，額外開銷時間也增加。有 時，額外開銷的增加可能比處理機數目的線性增加更 快。(3)R/C比值越大，越有利于計算過程。如果采用粗粒 度，能夠獲得較大的R/C比值；但是并行程度將大為降 低。 (4)為了使價格和性能都比較合理，處理機數目存在一 個極大值，這個值主要依賴于機器的系統結構、基本 技術（尤其是通信技術）和具體的應用問題。粒度與并行的關系并行性在很大程度上依賴于R/C

39、比值，R/C是衡量任務粒度(Granularity)的尺度，其中：R: 程序執行時間，C: 通信開銷細粒度并行：R/C小，通信開銷大,并行度低。粗粒度并行：R/C大，通信開銷小,并行性高。多機任務平均分配的方法（沒找到）多處理機Cache間不一致的原因、兩種協議、監聽協議的兩種方法、寫一次協議的內容出現不一致性問題的原因有三個：共享可寫的數據、進程遷移、I/O傳輸有兩類解決Cache不一致性問題的協議：在總線互連的多處理機系統中，通常采用監聽協議。在其他多處理機系統中，通常采用基于目錄協議。使用監聽協議，有兩種方法：方法一：寫無效（Write Invalidate）策略，在本地 Cache的數據塊修改時使遠程數據塊都無效。方法二：寫更新（Write Update）策略，在本地Cache 數據塊修改時通過總線把新的數據塊廣播給含該塊的所 有其他Cache采用寫無效或寫更新策略與Cache