11計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(第十一講)02

Fetch-and-Add指令用于多處理機系統(tǒng)中的進隊和出對問題圖7.49：IBM公司的RP3機器

開關(guān)網(wǎng)絡(luò)：由混洗交換網(wǎng)組成的合并網(wǎng)絡(luò)選擇互連網(wǎng)絡(luò)必須綜合考慮速度和成本兩個指標（1）、總線的成本最低，速度最慢（2）、交叉開關(guān)的成本最高，速度最快（3）、混洗交換網(wǎng)絡(luò)的速度和成本都介于總線和交叉開關(guān)之間超立方體網(wǎng)絡(luò)也是一種速度和成本居于適中位置的網(wǎng)絡(luò)，如連接機（ConnectionMachine）、CosmicCube系統(tǒng)等第八章SIMD計算機SIMD計算機，亦稱并行處理機、陣列處理機（單一控制部件控制下的多個處理單元構(gòu)成的陣列）主要內(nèi)容：SIMD計算機的模型、基本結(jié)構(gòu)、并行算法和具體實例8.1SIMD計算機模型SIMD計算機的抽象模型：在同一個控制部件管理下，有多個處理單元，所以處理單元均收到從控制部件廣播來的同一條指令，但操作對象是不同的數(shù)據(jù)圖8.1：H.J.Siegel提出的SIMD計算機的操作模型M=(N,C,I,M,R)N：為機器的處理單元(PE)數(shù)C：為由控制部件(CU)直接執(zhí)行的指令集I：為由CU廣播至所有PE進行并行執(zhí)行的指令集M：為屏蔽方案集R：為數(shù)據(jù)尋徑功能集MasParMP-1計算機表8.1：三種SIMD計算機細粒度、位片式SIMD計算機（所謂細粒度并行性，則是指在一個進程中進行指令一級或操作一級的并行處理）8.2SIMD計算機的基本結(jié)構(gòu)8.2.1分布式存儲器結(jié)構(gòu)圖8.2：分布式存儲器結(jié)構(gòu)的SIMD計算機數(shù)據(jù)尋徑網(wǎng)絡(luò)、陣列控制部件、控制存儲器、標量處理機、處理單元(PE)、本地存儲器(LM)通過控制部件的是單指令流，指令的執(zhí)行順序和單處理機一樣，是串行處理如果是標量操作或控制操作指令，則直接由與控制部件相連的標量處理機執(zhí)行；如果是向量操作，則將它廣播到所有PE并行地執(zhí)行IlliacⅣ：由64個PE組成，PE間通過8*8環(huán)繞連接網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連分布式存儲器SIMD計算機的主要差別為進行PE之間互相通信的數(shù)據(jù)尋徑網(wǎng)絡(luò)不同8.2.2共享存儲器結(jié)構(gòu)圖8.3：共享存儲器的SIMD計算機共享的多體并行存儲器SM通過對準網(wǎng)絡(luò)與各處理單元PE相連m≥NBSP（BurroughsScientificProcessor）計算機：見P36416個PE、17個SM：可以實現(xiàn)無沖突并行地訪問存儲器8.2.3SIMD計算機的特點向量處理機和SIMD計算機都能對大量數(shù)據(jù)進行向量處理SIMD計算機的特點：（1）、與流水線向量處理機一樣，特別適于高速數(shù)值計算（2）、與多處理機（MIMD）相比，SIMD計算機具有較固定的結(jié)構(gòu)，它直接與一定的算法相聯(lián)系，其效率取決于計算程序向量化的程度（3）、與流水線向量處理機相比，SIMD計算機依靠的并行措施是資源重復(fù)，而不是時間重復(fù)（4）、標量運算速度和編譯過程的開銷，也是影響SIMD系統(tǒng)實際有效速度的另外兩個因素（5）、SIMD計算機基本上是一臺向量處理專用計算機8.3SIMD計算機實例圖8.4：SIMD計算機的發(fā)展過程IlliacⅣ為最先采用SIMD計算機結(jié)構(gòu)的計算機一個方向為用位片PE制造的SIMD計算機另一個方向為以SIMD模式運行的同步MIMD計算機8.3.1IlliacⅣ陣列處理機IlliacⅣ陣列處理機：美國Barnes公司和Illinois大學(xué)研制的圖8.5：IlliacⅣ系統(tǒng)總框圖兩大部分：（1）、IlliacⅣ陣列（2）、IlliacⅣ輸入輸出系統(tǒng)三種類型處理機：（1）、專門對付數(shù)組運算的處理單元陣列（processingelementarray）；（2）、陣列控制器（arraycontrolunit），它既是處理單元陣列的控制部分，又可以視為一臺相對獨立的小型標量處理機；（3）、一臺標準的BurroughsB6700計算機，擔負IlliacⅣ輸入輸出系統(tǒng)和操作系統(tǒng)管理功能。1、IlliacⅣ陣列IlliacⅣ陣列由64個PE（處理單元）、64個PEM（處理單元存儲器）和MLU（存儲器邏輯部件）組成圖8.6：IlliacⅣ處理部件的連接IlliacⅣ的陣列結(jié)構(gòu)又稱為閉合螺線陣列n*n個單元組成的陣列中，任意兩個處理單元之間的最短距離不會超過(n-1)步圖8.7：IlliacⅣ處理單元的原理框圖包括：RGA、RGB、RGR、RGS、RGX、RGM、AU、LU、SU、ADA、MAR操作數(shù)來自四個方面：PE本身的寄存器、陣列存儲器、CU的公共數(shù)據(jù)總線（CDB）、PE的四個近鄰MLU：存儲器邏輯部件陣列存儲器：64個PEM（處理單元存儲器）PE和PEM之間經(jīng)過MLU相連2、陣列控制器陣列控制器（CU）的功能：（1）、對指令流進行控制和譯碼，包括執(zhí)行一整套標量操作指令（2）、向各處理單元發(fā)出執(zhí)行數(shù)組操作指令所需的控制信號（3）、產(chǎn)生和向所有處理單元廣播公共的地址部分（4）、產(chǎn)生和向所有處理單元廣播公共的數(shù)據(jù)（5）、接收和處理由各PE、系統(tǒng)I/O操作以及B6700所產(chǎn)生的陷阱中斷信號CU與PE陣列之間的信息通道：（1）、CU總線（2）、CDB（commondatabus）（3）、模式位線（modebitline）（4）、指令控制線3、輸入輸出系統(tǒng)輸入/輸出系統(tǒng)：磁盤文件系統(tǒng)（DFS）、I/O分系統(tǒng)和B6700組成磁