多处理机学习

Posted 2022-05-30 bcbobo21cn

6.6 多处理机系统
    流水线计算机通过多级流水获得高性能，但只能执行单个程序。
    多处理机结构由若干个独立的处理机组成，每个处理机能够独立执行自己的程序。
    多处理机结构属于MIMD结构。

6.6.1 多处理机系统概述
    多处理机具有两个或两个以上的处理机，共享I/O子系统，在操作系统统一控制下，通过共享主存或高速通信网络进行通信，协同求解一个个复杂的问题。

    1 多处理机与并行处理机的比较
    并行处理机基于SIMD结构。并行处理机只有一个控制器，但有多个处理单元。在控制器的控制下，所有处理单元进行同样的运算、进行运算的数据不同。如果是非并行计算的程序部分，则由控制器完成。并行处理机也称矩阵处理机、向量处理机、阵列处理机。
    从5个方面比较并行处理机和多处理机；
    a.结构灵活性；多处理机能适应更为多样的算法，具备更为灵活多变的系统结构，以实现各种复杂的处理机之间的互连模式，同时还要解决共享资源的冲突问题；
    b.程序并行性；并行处理机实现操作一级的并行，多处理机实现任务级的并行；
    c.并行任务派生；
    d.进程同步；并行处理机所有处于活动状态的处理单元，其工作本身是同步的；多处理机在同一时刻，不同的处理机执行着不同的指令；
    e.资源分配和进程调度；

    2 多处理机系统的分类
    多处理机有多个处理单元，这些处理单元如何访问内存，有两种方式：共享存储方式，分布式存储方式；
    共享存储方式的多处理机有公共的共享存储器（Shared Memory, SM），各处理机之间通过互连网络共享SM；

    分布式存储多处理机的每个处理机独占本地存储器（Local Memory, LM），各处理机通过互连网络相连；

6.6.2 海量并行处理结构
    按照当前标准，具有几百或几千台处理机的任何机器就是MPP。
    MPP系统最重要的特点是进行大规模并行处理。MPP采用分布存储方式，但因为各处理机不能直接访问非本地存储器，只能使用消息机制来进行共享；为了解决这个问题，引入来虚拟共享存储器（SVM）或共享分布存储器（DSM）技术。

6.6.3 对称多处理机结构
    SMP也称为共享存储多处理机。
    1 共享存储模型
    共享存储方式有三种模型：均匀存储器存取，非均匀存储器存取，只用高速缓存的存储器结构；
    这些模型的区别在于存储器和外设如何共享或分布。

    2 S2MP的体系结构
    S2MP是一种共享存储的体系结构。每个结点由处理机和存储器两部分组成。

6.6.4 互连网络
    1 互连函数
    基本的互连函数主要有：
    恒等置换；
    交换置换；
    方体置换；
    均匀洗牌置换；
    蝶式置换；
    位序颠倒置换；

    2 互连方式
    多处理机互连的方式主要有：总线，交叉开关，开关枢纽，多端口存储器，多级互连网络；

系统分析师教材2017，p244；