計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)范文

1、-第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造的根本概念【學(xué)習(xí)指南】一.本章是全書的根底，所以要透切理解本章所介紹的根本概念,例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次構(gòu)造，系統(tǒng)構(gòu)造定義，計(jì)算機(jī)組成定義，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)定義，系統(tǒng)構(gòu)造、組成與實(shí)現(xiàn)的三者關(guān)系，透明性，Amdahl定律，CPU性能公式，局部性原理，MIPS定義，MFLOPS定義等等。1. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，按功能劃分為多級(jí)層次構(gòu)造。2. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造作為一門學(xué)科，主要是研究軟件，硬件功能分配和對(duì)軟件、硬件界面確實(shí)定，即哪些功能由軟件完成，哪些功能由硬件完成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造，計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是三個(gè)不同的概念。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件的界面；計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算

2、機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造的邏輯實(shí)現(xiàn)；計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。3. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造的分類(1) 通常把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照其性能和價(jià)格的綜合指標(biāo)分為巨型、大型、中型、小型、微型等。(2) 按用途可分為科學(xué)計(jì)算、事務(wù)處理、實(shí)時(shí)控制、家用等。(3) 按處理機(jī)個(gè)數(shù)和種類，可分為單處理機(jī)、多處理機(jī)、并行處理機(jī)、關(guān)聯(lián)處理機(jī)、超標(biāo)量處理機(jī)、超流水線處理機(jī)、SMP對(duì)稱多處理機(jī)、MPP大規(guī)模并行處理機(jī)、機(jī)群系統(tǒng)等。(4) Flynn分類法。按照指令流和數(shù)據(jù)流的不同組織方式，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造分為以下四類：¨ 單指令流單數(shù)據(jù)流SISDSingle Instruction stream Single Datastre

3、am ¨ 單指令流多數(shù)據(jù)流SIMDSingle Instruction stream Multiple Datastream ¨ 多指令流單數(shù)據(jù)流MISDMultiple Instruction stream Single Datastream ¨ 多指令流多數(shù)據(jù)流MIMDMultiple Instruction stream Multiple Datastream 5式分類法。提出用最大并行度對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)造進(jìn)展分類。分為：¨ 字串位串WSBSWord Serial and Bit Serial¨ 字并位串WPBSWord Parallel

4、and Bit Serial¨ 字串位并WSBPWord Serial and Bit Parallel¨ 字并位并WPBPWord Parallel and Bit Parallel4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定量原理(1) 加快經(jīng)常性事件的速度(Make the mon case fast)。(2) Amdahl定律：系統(tǒng)中*一部件由于采用*種更快的執(zhí)行方式后整個(gè)系統(tǒng)性能的提高與這種執(zhí)行方式的使用頻率或占總執(zhí)行時(shí)間的比例有關(guān)。Fe表示改進(jìn)前可改進(jìn)局部占用的時(shí)間/改進(jìn)前整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，Se表示改進(jìn)前改進(jìn)局部的執(zhí)行時(shí)間/改進(jìn)后改進(jìn)局部的執(zhí)行時(shí)間，則：¨ 改進(jìn)后的整個(gè)任務(wù)

5、的執(zhí)行時(shí)間為：, 其中為改進(jìn)前的整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。¨ 改進(jìn)后的整個(gè)系統(tǒng)加速比為： 3CPU性能公式。CPU時(shí)間=CPU時(shí)鐘周期數(shù)/頻率；CPU時(shí)間=CPU時(shí)鐘周期數(shù)*時(shí)鐘周期長(zhǎng)；平均時(shí)鐘周期數(shù)CPI=CPU時(shí)鐘周期數(shù)/IC指令的條數(shù)；CPU時(shí)間=IC*CPI/頻率f；4的局部性原理。時(shí)間局部性、空間局部性。5 系統(tǒng)構(gòu)造的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(1) 性能¨ MIPSMillion Instructions Per SecondMIPS = =¨ MFLOPSMillion Floating point Operations Per SecondMFLOPS = ¨

6、用基準(zhǔn)測(cè)試程序來測(cè)試評(píng)價(jià)機(jī)器的性能。¨ 綜合基準(zhǔn)測(cè)試程序。 2性能比較¨ 總執(zhí)行時(shí)間。¨ 加權(quán)執(zhí)行時(shí)間。 3本錢¨ 本錢指標(biāo)。¨ 硬件考慮。6諾依曼計(jì)算機(jī)的特征可概括為：（1） 存儲(chǔ)器是字長(zhǎng)固定的、順序線形編址的一維構(gòu)造。（2） 存儲(chǔ)器提供可按地址的一級(jí)地址空間，每個(gè)地址是唯一定義的。（3） 由指令形式的低級(jí)機(jī)器語言驅(qū)動(dòng)。（4） 指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲(chǔ)器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實(shí)現(xiàn)。（5） 機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送都途經(jīng)運(yùn)算器。運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備的操作以及它們之間的聯(lián)系都由控

7、制器集中控制。二.通過做例題和習(xí)題，會(huì)做以下類型的計(jì)算題：(1).有效平均CPI計(jì)算題 假設(shè)在一臺(tái)40MHZ處理機(jī)上運(yùn)行200,000條指令的目標(biāo)代碼，程序主要由四種指令組成。根據(jù)程序跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指令混合比和每種指令所需的指令數(shù)如下。計(jì)算在單處理機(jī)上用跟蹤數(shù)據(jù)運(yùn)行程序的平均CPI,并根據(jù)所得的CPI,計(jì)算相應(yīng)的MIPS速率。指令類型CPI 指令混合比算術(shù)和邏輯1 60%高速緩存命中的加載/存儲(chǔ) 2 18%轉(zhuǎn)移 4 12%高速存儲(chǔ)缺失的存儲(chǔ)器8 10%解 CPI = 1*60% + 2*18% + 4*12% + 8*10% = 2.24 MIPS = f/(CPI*106) = (40*10

8、6)/(2.24*106) = 17.86(2)Amdahl定律應(yīng)用題假定我們利用增加向量處理模塊來提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。計(jì)算機(jī)處理向量的速度比其通常的運(yùn)算要快20倍。我們將可用向量處理局部所花費(fèi)的時(shí)間占總時(shí)間的百分比稱為可向量化百分比。1)求出加速比S和可向量化百分比F之間的關(guān)系式。2)當(dāng)要得到加速比為2時(shí)的可向量化百分比F為多少.解1) 2) 由上式,將 S=2 代入 得: F = 10/19 = 0.53 第二章 指令系統(tǒng)【學(xué)習(xí)指南】一.首先透切理解以下根本概念：數(shù)據(jù)構(gòu)造、數(shù)據(jù)表示、尋址技術(shù)、RISC指令系統(tǒng)、CISC指令系統(tǒng)1. 指令系統(tǒng)(Instruction Set Archite

9、cture, ISA)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟件與硬件的接口；主要研究數(shù)據(jù)表示、尋址方式等容。2. 數(shù)據(jù)表示（1） 根本的數(shù)據(jù)表示方法，包括定點(diǎn)數(shù)、邏輯數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符、字符串、堆棧等，以及一些新的數(shù)據(jù)表示方法和在數(shù)據(jù)表示方面的新的研究成果，如自定義數(shù)據(jù)表示、帶標(biāo)志符的數(shù)據(jù)表示法、數(shù)據(jù)描述符表示法及浮點(diǎn)數(shù)表示方面的研究成果等；（2） 數(shù)據(jù)表示的原則：¨ 縮短程序的運(yùn)行時(shí)間¨ 減少CPU與主存儲(chǔ)器之間的通信量¨ 數(shù)據(jù)表示的通用性和利用率（3） 計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的表數(shù)圍、表數(shù)精度和表數(shù)效率，浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值的選擇（4） 浮點(diǎn)數(shù)的性質(zhì)和設(shè)計(jì)方法（5） 運(yùn)用浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)展四則運(yùn)算3. 尋址

10、方式（1） 尋址技術(shù)研究的主要容包括編址方式、尋址方式和定位方式等，研究的對(duì)象主要有存放器、主存儲(chǔ)器、堆棧和輸入輸出設(shè)備等，其中以面向主存儲(chǔ)器的尋址技術(shù)為主要研究對(duì)象；（2） 編址方式是指對(duì)各種存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)展編碼的方法，主要包括編址的單位、零地址空間的個(gè)數(shù)等；（3） 尋找操作數(shù)及數(shù)據(jù)存放單元的方法稱為尋址方式。在分析各種尋址技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的根底上，重點(diǎn)是能夠在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中如何選擇和確定采用哪種尋址技術(shù)；（4） 程序的定位是指把指令和數(shù)據(jù)的邏輯地址相對(duì)地址轉(zhuǎn)換成主存儲(chǔ)器的物理地址絕對(duì)地址。定位方式可分為三種：直接定位、靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。4. 指令格式的優(yōu)化設(shè)計(jì)（1） 指令格式優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)有兩個(gè)

11、，一是節(jié)省程序的存儲(chǔ)空間，二是指令格式要盡量規(guī)整，以減少硬件譯碼的復(fù)雜程度。指令格式優(yōu)化后，不應(yīng)該降低指令的執(zhí)行速度。（2） 操作碼的表示方法通常有三種：固定長(zhǎng)度操作碼、Huffman編碼法和擴(kuò)展編碼法。要重點(diǎn)掌握Huffman編碼法和擴(kuò)展編碼法；（3） 固定長(zhǎng)操作碼的主要優(yōu)點(diǎn)：規(guī)整，譯碼簡(jiǎn)單；主要缺點(diǎn)：浪費(fèi)信息量操作碼的總長(zhǎng)位數(shù)增加（4） 采用最優(yōu)Huffman編碼法操作碼的最短平均長(zhǎng)度可以通過如下公式計(jì)算：其中：Pi表示第i種操作碼在程序中出現(xiàn)的概率 固定長(zhǎng)操作碼相對(duì)于Huffman操作碼的信息冗余量為： 采用Huffman編碼法操作碼的最短平均長(zhǎng)度可以通過如下公式計(jì)算：Huffman操作

12、碼的主要缺點(diǎn)：¨ 操作碼長(zhǎng)度很不規(guī)整，硬件譯碼困難¨ 與地址碼共同組成固定長(zhǎng)的指令比較困難（5） 擴(kuò)展編碼法：由固定長(zhǎng)操作碼與Huffman編碼法相結(jié)合形成；（6） 縮短地址碼長(zhǎng)度的方法目標(biāo)：用一個(gè)短的地址碼表示一個(gè)大的邏輯地址空間¨ 用間址尋址方式縮短地址碼長(zhǎng)度在主存儲(chǔ)器的低端開辟一個(gè)專門存放地址的區(qū)域，¨ 用變址尋址方式縮短地址碼長(zhǎng)度由于程序的局部性，變址尋址方式中的地址偏移量比較短，¨ 用存放器間接尋址方式縮短地址碼長(zhǎng)度，很有效的方法5. 指令系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)（1） 指令系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要求：完整性、規(guī)整性、高效率和兼容性；（2） 根本指令系統(tǒng)

13、包括數(shù)據(jù)傳送類指令、運(yùn)算類指令、程序控制類指令、輸入輸出指令、處理機(jī)控制和調(diào)試指令；（3） 指令系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩個(gè)截然相反的方向：¨ 復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)CISCple* Instruction Set puter1增強(qiáng)指令功能，設(shè)置功能復(fù)雜的指令2面向目標(biāo)代碼、面向高級(jí)語言、面向操作系統(tǒng)3用一條指令代替一串指令¨ 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISCReduced Instruction Set puter1 只保存功能簡(jiǎn)單的指令2 功能較復(fù)雜的指令用子程序來實(shí)現(xiàn)（4） RISC與CISC各自的特點(diǎn)和相互比較（5） RISC的關(guān)鍵技術(shù)¨ 延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)¨ 指令取消

14、技術(shù)¨ 重疊存放器窗口技術(shù)¨ 以硬件為主固件為輔二.通過做例題和習(xí)題，會(huì)做以下類型的計(jì)算題:：(1)浮點(diǎn)數(shù)表示題在浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)用原碼、小數(shù)表示，階碼用移碼、整數(shù)表示，尾數(shù)基值re2，階碼基值re2，階碼字長(zhǎng)q7，尾數(shù)字長(zhǎng)p55，尾數(shù)符號(hào)和階碼符號(hào)各一位，總字長(zhǎng)為64位。這種浮點(diǎn)數(shù)表示方式的各項(xiàng)主要性能如下：解：能表示的最大尾數(shù)值：，即尾數(shù)數(shù)值局部的所有55個(gè)二進(jìn)制位全部為都1；絕對(duì)值最小的尾數(shù)值：，尾數(shù)數(shù)值局部除最高一個(gè)二進(jìn)制位為1之外，其余54個(gè)二進(jìn)制位全部為0；能表示的最大階碼：，包括階碼符號(hào)位在的所有8個(gè)二進(jìn)制位全部為1；能表示的最小階碼：，包括階碼符號(hào)位在的所有8個(gè)

15、二進(jìn)制位全部為0；最大正數(shù):；最小正數(shù)：；最大負(fù)數(shù)：；最小負(fù)數(shù)：；第三章 存儲(chǔ)系統(tǒng)【學(xué)習(xí)指南】一.首先透切理解以下根本概念: ：存儲(chǔ)系統(tǒng)的定義、存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能參數(shù)、地址映象與變換方法、虛擬存儲(chǔ)器、Cache存儲(chǔ)器、命中率、替換算法1. 提高存儲(chǔ)器性能的主要方法有層次存儲(chǔ)器、并行存儲(chǔ)器等。2. 典型的并行存儲(chǔ)器包括并行存儲(chǔ)器、低位穿插存儲(chǔ)器和高位穿插存儲(chǔ)器。低位穿插存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是地址相鄰的信息存放在不同相鄰的存儲(chǔ)體中。高位穿插存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是地址相鄰的信息存放在同一存儲(chǔ)體中。3. 所謂存儲(chǔ)系統(tǒng)是指兩個(gè)或兩個(gè)以上速度、容量和價(jià)格各不一樣的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、或軟件與硬件相結(jié)合的方法連接起來而成的系統(tǒng)

16、。這個(gè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序員透明，并且，從應(yīng)用程序員看它是一個(gè)存儲(chǔ)器，這個(gè)存儲(chǔ)器的速度接近速度最快的那個(gè)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量與容量最大的那個(gè)存儲(chǔ)器相等或接近，單位容量的價(jià)格接近最廉價(jià)的那個(gè)存儲(chǔ)器。程序的局部性原理是層次存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)成的根底。4. 存儲(chǔ)器的主要性能參數(shù)：1存取時(shí)間：從CPU到第i層存儲(chǔ)器的往返時(shí)間。2存儲(chǔ)器容量：第i層的字節(jié)或字的數(shù)量。3每字節(jié)本錢：4傳輸帶寬：相鄰層之間傳輸信息的速率。5傳輸單位：相鄰兩層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧６热缱?、塊、頁等。5. 層次存儲(chǔ)器性質(zhì)1包含性： 層的信息必然包含于其外層。所有的信息最初放在最外層。在處理過程中，其子集被一步步復(fù)制到層。2一致性：同一個(gè)信息項(xiàng)在后繼存儲(chǔ)

17、器層次上的副本是一致的。如果在緩存中的一個(gè)字被修改正，則在所有高層上該字的副本也必須立即或最后加以修改。維護(hù)一致性的兩種策略：寫直達(dá)和寫回。前者指如果在層中修改了一個(gè)字，在外層中必須立即加以修改。而后者的處理方法是：在外層中的修改延遲到層中被修改的字被替換時(shí)才進(jìn)展。 3局部性：¨ 時(shí)間局部性：最近的項(xiàng)很可能在不久的將來再次被。¨ 空間局部性：一個(gè)進(jìn)程所的各項(xiàng)其地址彼此很近。¨ 順序局部性：在典型程序中，除轉(zhuǎn)移指令產(chǎn)生不按次序的轉(zhuǎn)移外，指令都是順序進(jìn)展的。6. 層次存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的目的是使有效存取時(shí)間接近于最層存儲(chǔ)器的存取時(shí)間，使總體的平均每字本錢接近于最外層存儲(chǔ)器

18、的每字本錢，容量接近于最大存儲(chǔ)器的容量。本章主要論述兩個(gè)二級(jí)層次存儲(chǔ)系統(tǒng)cache和虛擬存儲(chǔ)器。要解決的問題主要有：（1） 塊/頁的定位問題。（2） 替換問題。（3） 一致性問題。寫無效和寫更新7. 虛擬存儲(chǔ)器由主存儲(chǔ)器和聯(lián)機(jī)工作的外部存儲(chǔ)器共同組成。虛擬存儲(chǔ)器有段式、頁式、段頁式等地址映像與變換方法。加快部地址變換的技術(shù)主要有目錄表、快慢表、散列函數(shù)等。頁面替換算法主要有RAND、FIFO、LRU、LFU和OPT等算法。8. Cache的地址映像與變換方法有全相聯(lián)、直接相聯(lián)、組相聯(lián)和段相聯(lián)幾種。Cache的替換算法有輪轉(zhuǎn)法、FIFO、LRU、LFU、比較對(duì)法和堆棧法。Cache的實(shí)現(xiàn)全部是由

19、硬件完成的。9. 影響主存命中率的主要因素有：（1） 程序在執(zhí)行過程中的頁地址流分布情況（2） 所采用的頁面替換算法（3） 頁面大小（4） 主存儲(chǔ)器的容量（5） 所采用的頁面調(diào)度方法。10. Cache的命中率主要與如下幾個(gè)因素有關(guān)：（1） 程序在執(zhí)行過程中的地址流分布情況（2） 當(dāng)發(fā)生Cache塊失效時(shí)，所采用的替換算法（3） Cache的容量（4） 在組相聯(lián)映象方式中，塊的大小和分組的數(shù)目11. 解決Cache與主存的不一致性問題，首先要選擇適宜的Cache更新算法。一般有兩種Cache更新算法，寫直達(dá)法和寫回法。二.通過做例題和習(xí)題，會(huì)做以下類型的計(jì)算題：(1).層次存儲(chǔ)系統(tǒng)命中率、價(jià)格

20、計(jì)算題在一個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)中，主存儲(chǔ)器的周期、存儲(chǔ)容量和單位價(jià)格分別為60ns、64MB和10元/MB，Cache的周期、存儲(chǔ)容量和單位價(jià)格分別為10ns、512KB和100元/MB，Cache的命中率為0.98。(1)計(jì)算這個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的等效周期、存儲(chǔ)容量和單位價(jià)格。(2)計(jì)算這個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的效率。解：(1)這個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的等效周期： TTc H Tm1H 10ns×0.98 60ns×10.98 11ns 等效存儲(chǔ)容量：S64MB 等效單位價(jià)格： CCc Sc Cm Sm/Sc Sm100×0.510×64/0.56410

21、.7(元/MB)(2)這個(gè)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)的效率： eTc/T 10/11 0.91(2)三種映射框圖題假定計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器按64塊組織，塊大小為8個(gè)字。高速緩存有8個(gè)塊框。試畫出采用以下映射方法從主存儲(chǔ)器到高速緩存的映射關(guān)系。盡可能清楚地畫出所有的映射線。(1) 直接映射。(2) 全想聯(lián)映射。解1直接映射方式2全聯(lián)想映射方式第四章 輸入輸出系統(tǒng)【學(xué)習(xí)指南】一.透切理解以下根本概念：DMA原理、通道處理機(jī)原理、中斷原理數(shù)組多路通道、選擇通道、字節(jié)多路通道、外部設(shè)備、I/O性能評(píng)價(jià)1輸入輸出系統(tǒng)（1） 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常把處理機(jī)和主存儲(chǔ)器之外的局部稱為輸入輸出系統(tǒng)，它包括輸入輸出設(shè)備、輸入輸

22、出接口和輸入輸出軟件等。（2） 輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)是異步性、實(shí)時(shí)性和設(shè)備無關(guān)性。（3） 根本的輸入輸出方式有三種：程序控制輸入輸出方式、直接存儲(chǔ)器方式DMA和中斷輸入輸出方式。（4） 程序控制輸入輸出方式完全受CPU控制，數(shù)據(jù)的輸入輸出都要經(jīng)過CPU，用于連接低速外圍設(shè)備。（5） 直接存儲(chǔ)器方式DMA主要用于連接高速外圍設(shè)備，它使得存儲(chǔ)器既可被CPU，也可被外圍設(shè)備。目前使用的DMA方式主要有三種：周期竊取方式、直接存取方式和數(shù)據(jù)塊傳送方式。（6） 中斷輸入輸出方式使得CPU與外圍設(shè)備可以并行工作，并可以處理例外事件。中斷方式常用于連接低速外圍設(shè)備。2中斷系統(tǒng)（1） 中斷系統(tǒng)通常由硬件和軟件同

23、時(shí)實(shí)現(xiàn)。軟硬件的功能分配決定了中斷響應(yīng)時(shí)間。（2） 中斷響應(yīng)時(shí)間是指從一個(gè)中斷源向處理機(jī)發(fā)出中斷效勞請(qǐng)求開場(chǎng)，到處理機(jī)實(shí)際開場(chǎng)執(zhí)行這個(gè)中斷源的中斷效勞程序時(shí)為止的時(shí)間。它由以下四個(gè)因素決定：最長(zhǎng)指令執(zhí)行時(shí)間、在一條指令執(zhí)行完成后處理其他更緊急的任務(wù)所用時(shí)間、從第一次關(guān)中斷到第一次開中斷所需的時(shí)間、找到中斷效勞程序入口所需的時(shí)間。（3） 中斷源的識(shí)別有幾種方法。最簡(jiǎn)單的一種方法是查詢法，靈活性好，但速度慢。串行排隊(duì)鏈法和中斷向量法用軟硬件相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)中斷排隊(duì)，速度快，但靈活性和可靠性差。獨(dú)立請(qǐng)求法抑制了串行排隊(duì)鏈法可靠性差的缺點(diǎn)，但靈活性差的缺點(diǎn)依然存在。（4） 根據(jù)中斷的緊迫性、設(shè)備的工

24、作速度、數(shù)據(jù)恢復(fù)的難易程度和要求處理機(jī)提供的效勞質(zhì)量等，把中斷源分為優(yōu)先程度不同的幾個(gè)級(jí)別，稱為中斷源的優(yōu)先級(jí)。處理機(jī)在執(zhí)行*一個(gè)中斷源的中斷效勞程序時(shí)，只能響應(yīng)比它優(yōu)先級(jí)高的中斷請(qǐng)求，不能響應(yīng)與它同級(jí)或低級(jí)的中斷請(qǐng)求。（5） 為提高中斷系統(tǒng)的靈活性，可以動(dòng)態(tài)地改變中斷源的優(yōu)先級(jí)，這就需要設(shè)置中斷屏蔽。設(shè)置中斷屏蔽還可以決定設(shè)備是否采用中斷方式工作，或在多處理機(jī)系統(tǒng)中把中斷請(qǐng)求分配到不同的處理機(jī)中。（6） 中斷屏蔽的實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種：一是為每個(gè)或每級(jí)中斷源都設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽位，二是改變處理機(jī)的優(yōu)先級(jí)。3通道處理機(jī)（1） 在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，為把對(duì)外圍設(shè)備的管理工作從CPU中別離出來，普遍采用

25、通道處理機(jī)技術(shù)。采用通道方式組織的輸入輸出系統(tǒng)，多采用主機(jī)通道設(shè)備控制器IO設(shè)備四級(jí)連接方式。通道通過執(zhí)行通道程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)IO系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制。在CPU啟動(dòng)通道后，通道自動(dòng)地去存取出通道指令并執(zhí)行指令。直到數(shù)據(jù)交換過程完畢向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU才進(jìn)展通道完畢處理工作。（2） 通道可分為三類：字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道。字節(jié)多路通道常用于連接低或中速的設(shè)備，選擇通道和數(shù)據(jù)多路通道用于連接高速設(shè)備。（3） 對(duì)于以上的三種通道，當(dāng)每個(gè)通道上連接有P臺(tái)外圍設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備都傳送n個(gè)字節(jié)時(shí)，總共所需的時(shí)間分別為：TBYTE =TS + TD· P · nTSELECT

26、 =TS / n + TD· P · nTBLOCK =TS / n + TD· P · n其中TS指設(shè)備選擇時(shí)間，TD指?jìng)魉鸵粋€(gè)字節(jié)所需的時(shí)間。（4） 通道的流量是指一個(gè)通道在數(shù)據(jù)傳送期間，單位時(shí)間能夠傳送的最大數(shù)據(jù)量。一個(gè)通道在滿負(fù)荷工作下的流量稱為通道最大流量。三種通道的最大流量計(jì)算公式如下：fMA*·BYTE =P · n/ TS + TD· P · n = 1 /TS + TDfMA*·SELETE =P · n/ TS / n + TD· P · n = 1 /T

27、S / n + TDfMA*·BLOCK =P · n/ TS / k + TD· P · n = 1 /TS / k + TD（5） 字節(jié)多路通道的實(shí)際流量是指連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸率之和。而選擇通道和數(shù)據(jù)多路通道的實(shí)際流量是指連接在這個(gè)通道上的所有設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸率的最大值。4輸入輸出處理機(jī)在大型、巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常采用輸入輸出處理機(jī)來分擔(dān)中央處理機(jī)的輸入輸出任務(wù)。輸入輸出處理機(jī)是一臺(tái)獨(dú)立的處理機(jī)，具有一定的運(yùn)算功能，它具有自己的存儲(chǔ)器，不必通過主存儲(chǔ)器就能完成與外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，大大提高了系統(tǒng)性能。二.通過做例題和習(xí)題，會(huì)做以下類型的

28、計(jì)算題：(1)字節(jié)多路通道實(shí)際工作流量、通道最大流量和工作周期設(shè)計(jì)(2)中斷響應(yīng)和中斷處理時(shí)間的計(jì)算題一個(gè)字節(jié)多路通道連接D1、D2、D3、D4、D5共5臺(tái)，這些設(shè)備分別每10ms、30ms、30ms、50ms和75ms向通道發(fā)出一次數(shù)據(jù)傳送的效勞請(qǐng)求。a)計(jì)算這個(gè)字節(jié)多路通道的實(shí)際流量和工作周期。b)如果設(shè)計(jì)字節(jié)多路通道的最大流量正好等于實(shí)際流量，并假定對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率高的設(shè)備，通道響應(yīng)它的數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)也高。5臺(tái)設(shè)備在0時(shí)刻同時(shí)向通道發(fā)出第一次傳送數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，并在以后的時(shí)間里按照各自的數(shù)據(jù)傳輸率連續(xù)工作。畫出通道分時(shí)為各臺(tái)設(shè)備效勞的時(shí)間關(guān)系圖，并計(jì)算這個(gè)字節(jié)多路通道處理完各臺(tái)設(shè)備的第一次

29、數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求的時(shí)刻。c)從時(shí)間關(guān)系圖上發(fā)現(xiàn)什么問題.如何解決這個(gè)問題.解a) 這個(gè)字節(jié)多路通道的實(shí)際流量為 fBYTE = 1/10 + 1/30 + 1/30 + 1/50 + 1/75= 0.2MB/s。通道的工作周期為t = 1/f = 5 ms/B，包括通道選擇設(shè)備的時(shí)間Ts 和為設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)所用的時(shí)間Td。b) 5臺(tái)設(shè)備向通道請(qǐng)求傳送數(shù)據(jù)和通道為它們效勞的時(shí)間關(guān)系如下列圖。向上的箭頭表示設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求，有陰影的長(zhǎng)方形表示通道響應(yīng)設(shè)備的請(qǐng)求并為設(shè)備效勞所用的時(shí)間間隔，包括通道選擇設(shè)備的時(shí)間和為設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)所用的時(shí)間，這兩局部時(shí)間之和為5ms。在圖中，5臺(tái)設(shè)備在0時(shí)刻同時(shí)向通

30、道發(fā)出第一次傳送數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，通道處理各個(gè)設(shè)備第一次請(qǐng)求時(shí)間如下：處理完設(shè)備D1的第一次請(qǐng)求的時(shí)刻為5ms；處理完設(shè)備D2的第一次請(qǐng)求的時(shí)刻為10ms；處理完設(shè)備D3的第一次請(qǐng)求的時(shí)刻為20ms；處理完設(shè)備D4的第一次請(qǐng)求的時(shí)刻為30ms；設(shè)備D5的第一次請(qǐng)求沒有得到響應(yīng)，直到第85ms通道才開場(chǎng)響應(yīng)設(shè)備D5的效勞請(qǐng)求，這時(shí)，設(shè)備已經(jīng)發(fā)出了兩個(gè)傳送數(shù)據(jù)的效勞請(qǐng)求，因此，第一次傳送的數(shù)據(jù)有可能要喪失。通道分時(shí)為D1D5各臺(tái)設(shè)備效勞的時(shí)間關(guān)系圖c)當(dāng)字節(jié)多路通道最大流量與連接的設(shè)備數(shù)據(jù)流量之和非常接近時(shí)，如果傳輸速度高的設(shè)備頻繁發(fā)出效勞請(qǐng)求，并且優(yōu)先得到響應(yīng)，則*些低速設(shè)備可能在很長(zhǎng)的一段時(shí)間得不到

31、響應(yīng)?？刹扇∫韵聨追N方法：1)增加通道的最大流量。2)動(dòng)態(tài)改變?cè)O(shè)備的優(yōu)先級(jí)，如在3070ms之間臨時(shí)提高設(shè)備D5的優(yōu)先級(jí)。3)增加一定數(shù)量的數(shù)據(jù)緩沖器，特別是對(duì)優(yōu)先級(jí)比較低的設(shè)備。第五章 標(biāo)量處理機(jī)與流水線【學(xué)習(xí)指南】一.首先透切理解以下根本概念：數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)、資源沖突、靜態(tài)流水線、動(dòng)態(tài)流水線、流水線吞吐率、流水線效率、流水線加速比、多發(fā)射、超標(biāo)量流水線、超流水線、超標(biāo)量超流水線1. 流水線的原理、特點(diǎn)及其分類。流水線方式是把一個(gè)重復(fù)的過程分解為假設(shè)干個(gè)子過程，每個(gè)子過程可以和其他的子過程同時(shí)進(jìn)展，即所謂的時(shí)間并行性。流水線的工作可以用時(shí)空?qǐng)D來描述。流水線有以下的特征：為了提高流水線的效

32、率，應(yīng)該盡可能的為流水線提供連續(xù)的任務(wù)；流水線由很多相聯(lián)的功能段組成，為了平衡功能段之間的速度差，功能段之間需要設(shè)置緩沖存放器；流水線中每個(gè)功能段的時(shí)間應(yīng)該盡量相等，以免形成“瓶頸，否則應(yīng)該對(duì)功能段再劃分或者采用多個(gè)功能部件；流水線需要裝入和排空時(shí)間，只有在流水線完全充滿時(shí)，它才能充分發(fā)揮效率。根據(jù)不同的角度，流水線可以被劃分成以下的類別：線性流水線，非線性流水線；指令流水線，運(yùn)算操作流水線，宏流水線；單功能流水線，多功能流水線；靜態(tài)流水線，動(dòng)態(tài)流水線等。2. 流水線的性能分析。衡量流水線性能的主要指標(biāo)有吞吐率，加速比，效率。流水線的吞吐率TP定義為單位時(shí)間流水線所完成的任務(wù)數(shù)量或者輸出的結(jié)果

33、數(shù)量，根本公式如下：n為任務(wù)數(shù)，Tk是完成n個(gè)任務(wù)所用的時(shí)間。流水線的加速比S指完成一批任務(wù)，不使用流水線所用的時(shí)間與使用流水線所用的時(shí)間之比稱為流水線的加速比：其中T0指順序執(zhí)行所用的時(shí)間，Tk時(shí)使用流水線的執(zhí)行時(shí)間。流水線的效率E是指流水線的設(shè)備利用率，在時(shí)空?qǐng)D上，流水線的效率定義為n個(gè)任務(wù)占用的時(shí)空區(qū)與k個(gè)功能段總的時(shí)空區(qū)之比。二.通過做例題和習(xí)題，會(huì)做以下類型的計(jì)算題：(1) 畫時(shí)空?qǐng)D(這是本章計(jì)算題的根底，無論是否要求畫出時(shí)空?qǐng)D，建議畫出時(shí)空?qǐng)D，這對(duì)計(jì)算其他參數(shù)都有好處)(2) 流水線吞吐率、加速比和效率的計(jì)算題假設(shè)一條指令的執(zhí)行過程分為“取指令、“分析和“執(zhí)行三段，每一段的時(shí)間分別

34、為Dt、2Dt和3Dt。在下各種情況下，分別寫出連續(xù)執(zhí)行n條指令所需要的時(shí)間表達(dá)式。(1) 順序執(zhí)行方式。(2) “取指令、“分析和“執(zhí)行重疊。解1順序執(zhí)行時(shí)每條指令用時(shí)=Dt+2Dt+3Dt=6Dt， 因此n條指令所需要的時(shí)間=6n*Dt2第一條指令完成需要時(shí)間=Dt+2Dt+3Dt=6Dt，由于一條指令的“取指令和“分析階段和下一條指令的“執(zhí)行階段重疊，因此，此后每3Dt 完成一條指令，余下的n-1條指令用時(shí)(n-1)*3Dt.因此n條指令所需要的時(shí)間=6Dt+(n-1)*3Dt=3(n+1)Dt題一動(dòng)態(tài)多功能流水線由個(gè)功能段組成，如以下列圖：其中：s1、S4、S5、S6組成乘法流水線，S

35、1、S2、S3、S6組成加法流水線，各個(gè)功能段時(shí)間均為50ns。假定該流水線的輸出結(jié)果可以直接返回流水線輸入端，而且設(shè)置有足夠的緩沖存放器。假設(shè)按照最快的方式用該流水線計(jì)算。1請(qǐng)畫出其處理過程的時(shí)空?qǐng)D。2計(jì)算其實(shí)際吞吐率，加速比和效率。解(1)： 乘法操作用到的流水段有：S1、S4、S5、S6；加法操作用到的流水段有：S1、S2、S3、S6。以最快的方式處理的流水線時(shí)空?qǐng)D如下列圖：(2)：A局部所處理的是；B局部所處理的是；C局部所處理的是。整個(gè)處理過程共需22個(gè)時(shí)鐘周期。而進(jìn)展了14次不同的運(yùn)算，所以其實(shí)際吞吐率為：這些運(yùn)算串行處理所需要的時(shí)鐘周期為56個(gè)時(shí)鐘周期，所以其加速比為：效率為：第

36、六章 向量處理機(jī)【學(xué)習(xí)指南】一.首先透切理解以下根本概念：向量、向量處理三種算法、向量處理機(jī)兩種構(gòu)造、向量指令處理時(shí)間、最大性能R、半性能向量長(zhǎng)度1. 把N個(gè)互相獨(dú)立的數(shù)叫做“向量，對(duì)這樣一組數(shù)的運(yùn)算叫做“向量處理。一條向量指令可以處理N個(gè)或N對(duì)操作數(shù)。2. 向量處理的方式(1) 橫向處理方式：向量計(jì)算是按行的方式從左至右橫向進(jìn)展。(2) 縱向處理方式：向量計(jì)算是按列的方式自上而下縱向進(jìn)展。(3) 縱橫處理方式：橫向處理和縱向處理相結(jié)合的方式3. 向量處理機(jī)一般有如下兩種構(gòu)造：(1) 利用幾個(gè)獨(dú)立的存模塊來支持對(duì)相互獨(dú)立的資料的并發(fā)，從而到達(dá)所要求的存帶寬，即存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器構(gòu)造。在運(yùn)算流水線的輸

37、入端和輸出端增加了緩沖器以便消除爭(zhēng)用存的現(xiàn)象。(2) 構(gòu)造一個(gè)具有所要求帶寬的高速中間存，并能實(shí)現(xiàn)該高速中間存與主存儲(chǔ)器之間的快速資料交換，即存放器存放器構(gòu)造。設(shè)計(jì)這種系統(tǒng)構(gòu)造的主要思想是使操作數(shù)離處理器很近，以保證處理器一直處于忙狀態(tài)。中間存提供給處理器快速存取的資料，而本錢又比較低。4. 提高向量處理機(jī)性能的常用技術(shù)(1) 技術(shù)(2) 向量循環(huán)或分段開采技術(shù)5. 向量指令的處理時(shí)間其中，Ts為向量流水線的建立時(shí)間，它包括向量起始地址的設(shè)置、計(jì)數(shù)器加1、條件轉(zhuǎn)移指令執(zhí)行等。Tvf為向量流水線的流過時(shí)間，它是一條指令從開場(chǎng)譯碼到流過流水線得到第一個(gè)結(jié)果元素的時(shí)間。Tc為流水線“瓶頸段的執(zhí)行時(shí)間

38、。一組向量操作的執(zhí)行時(shí)間主要取決于下面三個(gè)因素：向量的長(zhǎng)度、向量操作之間是否存在流水功能部件的沖突和數(shù)據(jù)的相關(guān)性。9 最大性能R表示當(dāng)向量長(zhǎng)度為無窮大時(shí)的向量流水線的最大性能。常在評(píng)價(jià)峰值性能時(shí)使用，單位為MFLOPS。它可表示為：因?yàn)榉肿拥闹蹬cn無關(guān)，所以6. n1/2為到達(dá)一半R值所需的向量長(zhǎng)度。它是評(píng)價(jià)向量流水線建立時(shí)間對(duì)性能影響的參數(shù)。它表示為建立流水線而導(dǎo)致的性能損失。二.通過做例題和習(xí)題，會(huì)做以下類型的計(jì)算題：(1)判別并行、的條件(2)計(jì)算向量處理時(shí)間題一臺(tái)單處理機(jī)可以以標(biāo)量方式運(yùn)行，也可以以向量方式運(yùn)行。在向量方式情況下，計(jì)算可比標(biāo)量方式快9倍。設(shè)*基準(zhǔn)程序在此計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的時(shí)

39、間為T。另外，T的25%用于向量方式，其余的時(shí)間則以標(biāo)量方式運(yùn)行。（1） 計(jì)算在上述條件下與完全不用向量方式條件下相比的加速比，并計(jì)算上述程序中向量化代碼所占的比例。（2） 假設(shè)我們改進(jìn)硬件使向量方式與標(biāo)量方式之間的速度比加倍，試計(jì)算可到達(dá)的加速比。（3） 如果要到達(dá)與2一樣的加速比，用的方法是改進(jìn)編譯器，而不是改進(jìn)硬件，則，用向量化編譯器支持同樣的基準(zhǔn)程序，其新的向量化比率是多少.解1由于T中向量化代碼所占的時(shí)間為0.25T，則串行代碼用時(shí)=T-0.25T=0.75T，所以完全不用向量方式執(zhí)行該段代碼用時(shí)= 0.75T+9*0.25T=3T, 因此加速比=3T/T=3. 根據(jù)Amdahl定律

40、.; 所以(2) 加速比;(3)由題意:; 因此,第七章 互連網(wǎng)絡(luò)【學(xué)習(xí)指南】一.首先透切理解以下根本概念：互連網(wǎng)絡(luò)的作用、靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑、蟲蝕尋徑、線路開關(guān)尋徑、虛擬直通尋徑1. 互連網(wǎng)絡(luò)根本概念1互連網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)是一種由開關(guān)元件按照一定拓?fù)錁?gòu)造和控制方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),用來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)部多個(gè)處理機(jī)或多個(gè)功能部件之間的相互連接.2互連函數(shù)為了反映不同互連網(wǎng)絡(luò)的連接特性,每種互連網(wǎng)絡(luò)可用一組互連函數(shù)來描述.如果將互連網(wǎng)絡(luò)的N個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端分別用0,1,2,.,N-1來表示,則互連函數(shù)表示相互連接的輸入端和輸出端號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系.或者說,存在互連函數(shù)f,在它的作用下,輸

41、入i應(yīng)與f(i)相連, 這里0<=i<=N-1.表示互連函數(shù)常用兩種方法:函數(shù)表示法和輸入輸出對(duì)應(yīng)表示法.2. 互連網(wǎng)絡(luò)的特性 (1)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 : 網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)數(shù)目; (2)結(jié)點(diǎn)度與結(jié)點(diǎn)相連的邊數(shù); (3)距離兩結(jié)點(diǎn)間相連的最少邊數(shù); (4)網(wǎng)絡(luò)直徑 : 網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間距離的最大值 (5)等分寬度 : 網(wǎng)絡(luò)被切成相等的兩半時(shí)沿切口的最小邊數(shù) (6)結(jié)點(diǎn)間線長(zhǎng) : 任兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間線的長(zhǎng)度 (7)對(duì)稱性假設(shè)從任何結(jié)點(diǎn)看網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)造都一樣,則稱該網(wǎng)絡(luò)為對(duì)稱網(wǎng)絡(luò).3. 網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能特性 (1)頻寬消息進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后,互連網(wǎng)絡(luò)傳輸消息的最大速率,單位用bit/sec(或mb/s). (2)

42、傳輸時(shí)間消息通過網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間,等于消息長(zhǎng)度除以頻寬; (3)"飛行"時(shí)間消息的第一位信息到達(dá)接收方所花費(fèi)的時(shí)間,它包括由于網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)或者其他硬件所引起的時(shí)延 (4)傳輸時(shí)延它是消息在互連網(wǎng)絡(luò)上所花費(fèi)的時(shí)間,但不包括消息進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)和到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)后從網(wǎng)絡(luò)接口硬件取出數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間,它等于"飛行"時(shí)間和傳輸時(shí)間之和. (5)發(fā)送方開銷處理器把消息放到互連網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間,包括硬件和軟件所花費(fèi)的時(shí)間 (6)接收方開銷處理器把到達(dá)的消息從互連網(wǎng)絡(luò)取出來的時(shí)間,包括軟件和硬件所花費(fèi)的時(shí)間.4. 互連網(wǎng)絡(luò)分類 1 分類法I靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)：各結(jié)點(diǎn)間有專用連接通路且運(yùn)行中不能改變的

43、網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)：設(shè)置有源開關(guān)，可以根據(jù)需要借助控制信號(hào)對(duì)連接通路加以重新組 合實(shí)現(xiàn)要求的通信模式的網(wǎng)絡(luò)。 2分類法IIu 共享介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)：同一時(shí)間只允許一個(gè)設(shè)備進(jìn)展存??；u 非阻塞網(wǎng)絡(luò)：邏輯上的穿插開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，除非存在不同輸入端口向同一輸出端口發(fā)送消息；否則消息通信將不會(huì)阻塞；u 直接網(wǎng)絡(luò)：指網(wǎng)絡(luò)中的處理器是點(diǎn)到點(diǎn)連接的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)。u 間接網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)不是通過直接相連的通道進(jìn)展消息通信，而是通過網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)展；u 混合網(wǎng)絡(luò)：指一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)中混合了多種以上網(wǎng)絡(luò)。5. 消息傳遞機(jī)制1消息尋徑方式u 線路交換u 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)尋徑u 虛擬直通u 蟲蝕尋徑2死鎖和虛擬通道u 虛擬通道虛擬通道是兩個(gè)結(jié)

44、點(diǎn)間的邏輯鏈,它是由源結(jié)點(diǎn)的片緩沖區(qū), 結(jié)點(diǎn)間的物理通道 以及接收結(jié)點(diǎn)的片緩沖區(qū)組成.u 死鎖的產(chǎn)生和防止緩沖區(qū)或通道上的循環(huán)等待可能產(chǎn)生死鎖.利用虛擬通道可以解決死鎖6. 流控制策略1包沖突的解決u 用緩沖實(shí)現(xiàn)虛擬直通u 阻塞策略u(píng) 揚(yáng)棄并重發(fā)策略u(píng) 阻塞后繞道2確定尋徑和自適應(yīng)尋徑7. 選播和播送尋徑 (1)單播 : 對(duì)應(yīng)于一對(duì)一的通信情況,即一個(gè)源結(jié)點(diǎn)發(fā)送消息到一個(gè)目的結(jié)點(diǎn). (2)選播 : 對(duì)應(yīng)于一到多的通信情況,即一個(gè)源結(jié)點(diǎn)發(fā)送同一個(gè)消息到多個(gè)目的結(jié)點(diǎn) (3)播送 : 對(duì)應(yīng)于一到全體的通信情況,即一個(gè)源結(jié)點(diǎn)發(fā)送同一個(gè)消息到全部結(jié)點(diǎn). (4)會(huì)議 : 對(duì)應(yīng)于多到多的通信情況.8. 通道

45、流量和通道時(shí)延通道流量和通道時(shí)延是描述效率常用的兩個(gè)參數(shù).優(yōu)化的尋徑網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能以最小流量和最小時(shí)延實(shí)現(xiàn)有關(guān)的通信模式.然而這兩個(gè)參數(shù)并不是毫不相關(guān)的,到達(dá)最小流量同時(shí)不一定能到達(dá)最小時(shí)延,相反的情況也如此.二.通過做例題和習(xí)題，會(huì)做以下類型的計(jì)算題：(1)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延計(jì)算(2)網(wǎng)絡(luò)通道流量計(jì)算題假設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的頻寬為10兆位/秒，發(fā)送方開銷和接收方開銷分別等于230微秒和270微秒。如果兩臺(tái)機(jī)器相距100米，現(xiàn)在要發(fā)送一個(gè)1000字節(jié)的消息給另一臺(tái)機(jī)器，試計(jì)算總時(shí)延。如果兩臺(tái)機(jī)器相距1000公里，則總時(shí)延為多大.解：光的速度為.5公里/秒，信號(hào)在導(dǎo)體中傳遞速度大約是光速的50，所以“飛行時(shí)間可以

46、計(jì)算出來了。則相距100米時(shí)總時(shí)延為：T=發(fā)送方開銷“飛行時(shí)間接收方開銷 = = =相距1000公里時(shí)的總時(shí)延為：第八章并行處理機(jī)和多處理機(jī)【學(xué)習(xí)指南】一.首先透切理解以下根本概念：并行處理機(jī)根本構(gòu)造、SIMD計(jì)算機(jī)根本構(gòu)造、陣列處理機(jī)根本構(gòu)造、IMD計(jì)算機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)、共享存儲(chǔ)多處理機(jī)、分布存儲(chǔ)多處理機(jī)、多處理機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)、MPP、SMP、機(jī)群系統(tǒng)。1. SIMD計(jì)算機(jī)模型1SIMD計(jì)算機(jī)的抽象模型在同一個(gè)控制部件的管理下,有多個(gè)處理單元。所有處理單元均收到從控制部件播送來的同一條指令，但操作對(duì)象是不同的數(shù)據(jù)。2SIMD計(jì)算機(jī)的操作模型SIMD計(jì)算機(jī)的操作模型用五元組表示：M = N，C，I，M

47、，R。 其中, 五元組中各符號(hào)的含義：N-機(jī)器的處理單元PE數(shù)；C-由控制部件CU直接執(zhí)行的指令集，包括標(biāo)量和程序流控制指令；I-由CU播送至所有PE進(jìn)展并行執(zhí)行的指令集，包括算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)尋徑、屏蔽以及其他由每個(gè)活動(dòng)的PE對(duì)它的數(shù)據(jù)所執(zhí)行的局部操作；M-屏蔽方案集，其中每種屏蔽將PE集劃分為允許操作和制止操作兩種子集；R-數(shù)據(jù)尋徑功能集，說明互連網(wǎng)絡(luò)中PE間通信所需要的各種設(shè)置模式。3可以用上述五元組描述一臺(tái)具體的SIMD機(jī)器。4SIMD計(jì)算機(jī)處理單元的粒度：細(xì)粒度、中粒度。2. SIMD計(jì)算機(jī)的根本構(gòu)造1分布式存儲(chǔ)器構(gòu)造 分布式存儲(chǔ)構(gòu)造的體系模型、工作原理和特點(diǎn)。2共享存儲(chǔ)器構(gòu)造

48、 共享存儲(chǔ)構(gòu)造的體系模型、工作原理和特點(diǎn)。3. SIMD計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)(1) SIMD計(jì)算機(jī)的實(shí)質(zhì)是利用了多PE的空間并行性來提高計(jì)算速度。(2) SIMD計(jì)算機(jī)與流水線向量處理機(jī)的一樣與不同。4. 多處理機(jī)構(gòu)造由如何臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)組成，每臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠獨(dú)立執(zhí)行自己的程序，又稱多指令流多數(shù)據(jù)流MIMD構(gòu)造。多處理機(jī)系統(tǒng)中的處理機(jī)之間通過*種方式如互連網(wǎng)絡(luò)互連，從而實(shí)現(xiàn)程序之間的數(shù)據(jù)交換和同步。5. 使用多處理機(jī)的主要目的是利用多臺(tái)處理機(jī)并發(fā)地執(zhí)行一個(gè)作業(yè)，使得執(zhí)行速度比單處理機(jī)快；有時(shí)候，使用使用多處理機(jī)的主要目的是提高可靠性而不是高性能，如果*臺(tái)處理機(jī)出現(xiàn)故障，則它的程序可以由系統(tǒng)中其它處理機(jī)來

49、執(zhí)行。6. 多處理機(jī)有兩種根本的構(gòu)造：共享存儲(chǔ)器構(gòu)造和本地存儲(chǔ)器構(gòu)造。共享存儲(chǔ)器方案中，存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備是獨(dú)立的子系統(tǒng)，為所有處理機(jī)所共享，這是實(shí)現(xiàn)信息交換和同步最簡(jiǎn)單的方法，任何兩臺(tái)處理機(jī)都可以通過共享存儲(chǔ)器的單元實(shí)現(xiàn)通信。本地存儲(chǔ)器構(gòu)造每臺(tái)處理機(jī)都有自己的存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備，處理機(jī)之間通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信息交換實(shí)現(xiàn)通信。7. 多處理機(jī)的主要特點(diǎn)包括：（1） 構(gòu)造的靈活性。與SIMD計(jì)算機(jī)相比，多處理機(jī)的構(gòu)造具有較強(qiáng)的通用性，它可以同時(shí)對(duì)多個(gè)數(shù)組或多個(gè)標(biāo)量數(shù)據(jù)進(jìn)展不同的處理，這要求多處理機(jī)能夠適應(yīng)更為多樣的算法，具有靈活多變的系統(tǒng)構(gòu)造。（2） 程序并行性。并行處理機(jī)實(shí)現(xiàn)操作一級(jí)的并行，其并行性存在于指令部，主要用來解決數(shù)組向量問題；而多處理機(jī)的并行性表達(dá)在指令外部，即表現(xiàn)在多個(gè)任務(wù)之間。（3） 并行任務(wù)派生。多處理機(jī)是多指令流操作方式，一個(gè)程序中就存在多個(gè)并發(fā)的程序段，需要專門的程序段來表示它們的并發(fā)關(guān)系以控制它們的并發(fā)執(zhí)行，這稱為并行任務(wù)派生。（4） 進(jìn)程同步。并行處理機(jī)實(shí)現(xiàn)操作級(jí)的并行，所有處于活動(dòng)狀態(tài)的處理單元受一個(gè)控制器控制，同時(shí)執(zhí)行共同的指令，工作自然同步；而多處理機(jī)實(shí)現(xiàn)指令、任務(wù)、程序級(jí)的并