計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)論文

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)論文計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)論文論文題目：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中多處理機(jī)技術(shù)姓名： XXX 班級(jí)： XXX 學(xué)號(hào)： XXXX

大粒度并行任務(wù)實(shí)現(xiàn)，各節(jié)點(diǎn)任務(wù)通過(guò)消息通訊傳送同步消息，如利用PVMMPI通訊庫(kù)傳送消息。如圖2所示 圖2(3)多處理機(jī)池結(jié)構(gòu)：通常大規(guī)模并行處理機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)，后臺(tái)的處理機(jī)池專(zhuān)門(mén)用于并行任務(wù)的運(yùn)行，前臺(tái)擁有控制、I/O等節(jié)點(diǎn)控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理機(jī)的分配，與多處理機(jī)簇不同的是，一但一個(gè)用戶作業(yè)的多任務(wù)占用了處理機(jī)池內(nèi)的若干處理機(jī)，在并行作業(yè)沒(méi)完成之前，不再分配其它作業(yè)占用這些處理機(jī)后臺(tái)的處理機(jī)存儲(chǔ)在實(shí)現(xiàn)上有兩種方式：一種是完全分布的存儲(chǔ)器，即每個(gè)處理機(jī)擁有一個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器；一種是擁有一個(gè)分布共享的存儲(chǔ)空間，各處理機(jī)擁有存儲(chǔ)器但由硬件支持實(shí)現(xiàn)一個(gè)線性編址共享的物理存儲(chǔ)空間如圖3所示。圖3多處理機(jī)的總線：目前，在多處理機(jī)系統(tǒng)中有兩種主要的連接方式：一種是共享存貯器的的多處理機(jī)系統(tǒng)，另一種是消息傳遞的分布式多處理機(jī)系統(tǒng)。由于專(zhuān)用信號(hào)處理系統(tǒng)一般要求結(jié)構(gòu)緊湊，在滿足實(shí)時(shí)性要求的前提下，對(duì)系統(tǒng)資源的利用率要求放在比較次要的位置上，故其操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，不具備消息傳遞的多處理機(jī)系統(tǒng)中的復(fù)雜的消息尋徑能力；另外，由于信號(hào)處理場(chǎng)合的大計(jì)算量要求，系統(tǒng)內(nèi)處理機(jī)比較多，單純的共享總線結(jié)構(gòu)效率不高。因此，共享總線結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)相結(jié)合是一種發(fā)展趨勢(shì)。大多數(shù)多處理機(jī)系統(tǒng)的互連結(jié)構(gòu)都會(huì)趨于同一基本形式，處理機(jī)之間交換數(shù)據(jù)會(huì)因?yàn)闆](méi)有通信口的原因必須通過(guò)共享存貯器，其處理效率隨著處理機(jī)數(shù)目增加而下降。在通信和存儲(chǔ)技術(shù)上的發(fā)展：在通信技術(shù)上的發(fā)展，新型的多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用的是蟲(chóng)蝕尋徑方式，它克服了上述的缺點(diǎn)。包被進(jìn)_步分成更小的片，每個(gè)片相當(dāng)于蟲(chóng)的_個(gè)節(jié)，“蠕動(dòng)”是以節(jié)為單位順序地向前爬行。只有頭片知道包發(fā)往何處，所有數(shù)據(jù)片必須跟著頭片。不同的包可交替地傳送，但不同包的片不能交叉，否則它們可能被送到錯(cuò)誤的目的地。每個(gè)消息中的片以流水方式在網(wǎng)絡(luò)中向前“蠕動(dòng)”。當(dāng)消息的頭片到達(dá)一個(gè)節(jié)點(diǎn)A的尋徑器后，尋徑器根據(jù)頭片的尋徑消息立即作出路由選擇。蟲(chóng)蝕尋徑通信技術(shù)作為一種新型的消息通信方式，具有很好的應(yīng)用前景。在存儲(chǔ)技術(shù)上的發(fā)展，目前新型計(jì)算機(jī)逐漸衍生出了虛擬存儲(chǔ)器。新型系統(tǒng)有種叫全Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)，就是不用主存，只用Cache和輔存兩種存儲(chǔ)器構(gòu)成“Cache—輔存”存儲(chǔ)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的等效訪問(wèn)周期與Cache很接近，等效存儲(chǔ)容量就是虛擬地址空間的容量。所以存儲(chǔ)空間對(duì)于計(jì)算機(jī)是完全夠用的。而且MPP系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)方式使系統(tǒng)容易擴(kuò)充，雖然也存在其他一些問(wèn)題。多處理機(jī)的調(diào)度：并行計(jì)算推動(dòng)了并行計(jì)算機(jī)的發(fā)展由于用戶并行任務(wù)在多處理機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行，處理機(jī)分配與調(diào)度的好壞，直接影響系統(tǒng)資源的利用率及用戶作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。多處理機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)不同，則處理機(jī)分配與調(diào)度算法也存在很大差異不同的多處理機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)對(duì)不同粒度的用戶并行任務(wù)有不同的適應(yīng)性，如何選擇并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，如何組織用戶并行任務(wù)利用并行機(jī)制，也是并行處理的關(guān)鍵問(wèn)題。調(diào)度是指將作業(yè)分給各處理機(jī)操作的一種功能.依據(jù)調(diào)度的內(nèi)容可以分為高級(jí)、中級(jí)和低級(jí)。高級(jí)調(diào)度是對(duì)作業(yè)進(jìn)行調(diào)離，每個(gè)活動(dòng)作業(yè)可以建立一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程完成作業(yè)的部分功能.中級(jí)調(diào)度是響應(yīng)短時(shí)間的負(fù)載波動(dòng)，暫時(shí)掛起活動(dòng)的進(jìn)程達(dá)到系統(tǒng)操作的均衡.低級(jí)調(diào)度是將已準(zhǔn)備的進(jìn)程分S給相應(yīng)的處理機(jī).每級(jí)調(diào)度可以應(yīng)用先入先出，循環(huán)法，先最短作業(yè)或最短保持時(shí)間等調(diào)度策略.若按另一種分類(lèi)法，調(diào)度可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種.靜態(tài)調(diào)度是使用者在設(shè)計(jì)算法或編譯程序時(shí)將任務(wù)分配給處理機(jī).如OCCAM語(yǔ)言能允許程序員禪定指令執(zhí)行順序、通信通道和執(zhí)行的部件.動(dòng)態(tài)調(diào)度表示在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)任務(wù)進(jìn)行分配.動(dòng)態(tài)調(diào)度提高了處理機(jī)的利用率，但增加了調(diào)度時(shí)間.動(dòng)態(tài)調(diào)度還可分為分布調(diào)度和集中調(diào)度兩種.多機(jī)系統(tǒng)一般具有多級(jí)調(diào)度控制，毎一級(jí)可以使用靜態(tài)調(diào)度或動(dòng)態(tài)調(diào)度、集中動(dòng)態(tài)調(diào)度或分布動(dòng)態(tài)調(diào)度.動(dòng)態(tài)調(diào)度可以采用先進(jìn)先服務(wù)、先最小服務(wù)時(shí)間和隨機(jī)選擇等方案.當(dāng)把任務(wù)分配給多個(gè)處理機(jī)操作時(shí)，則需要有更完善的調(diào)度策略.任務(wù)所需要的最大處理機(jī)數(shù)目是在編譯時(shí)確定的.若運(yùn)行中遇到處理機(jī)數(shù)目不足時(shí)，調(diào)度器必須等待或根據(jù)較小數(shù)目的處理機(jī)折迭任務(wù).模擬試驗(yàn)證明，折迭任務(wù)與等待方法相比，折迭任務(wù)的方法可以取得良好的系統(tǒng)性能和處理機(jī)的高利用率.多處理機(jī)的調(diào)度主要有組調(diào)度、多級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整、負(fù)載共享與指定處理機(jī)調(diào)度。每一種調(diào)度都有其特點(diǎn)，目前調(diào)度方面的研究還有待加強(qiáng)，但主要在多級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)度方面和組調(diào)度方面，如用戶多線庫(kù)調(diào)度器與操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度器之間建立一種通訊機(jī)制的研究；探索如何利用UNIX中的信號(hào)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)內(nèi)核調(diào)度與核外多任務(wù)庫(kù)調(diào)度之間的信息交換等。多處理機(jī)的測(cè)評(píng)：評(píng)價(jià)多處理機(jī)系統(tǒng)必須測(cè)度與處理能力、可靠性、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)等有關(guān)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的處理能力包括價(jià)格-性能比、吞吐量和資源共享等三個(gè)因素.一般來(lái)說(shuō)，單處理機(jī)系統(tǒng)的性能隨其價(jià)格的增長(zhǎng)而提髙，如果只要獲得一般性的處理能力，那末使用多機(jī)系統(tǒng)是相當(dāng)不經(jīng)濟(jì)的.隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展和價(jià)格曰益降低，可以研制價(jià)格性能曲線按線性遞增的多機(jī)系統(tǒng)，利用增加處理機(jī)數(shù)目的方法來(lái)達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的.這種方法在經(jīng)濟(jì)上是相當(dāng)有吸引力的.從理論上講，多機(jī)系統(tǒng)的最佳性能是單個(gè)處理機(jī)最佳性能的總和，但在實(shí)際中是很難辦到的.圖4表示系統(tǒng)的性能-價(jià)格關(guān)系曲線，圖4性能-價(jià)格關(guān)系曲線總結(jié)：本論文根據(jù)參考論文文獻(xiàn)，進(jìn)行思考總結(jié)。由于微處理器新體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)在一片芯片上集成多個(gè)處理器的微處理器，因此，多處理機(jī)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)本身將成為一個(gè)緊耦合多處理系統(tǒng)，然后再通過(guò)某種互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)松耦合的MPP系統(tǒng)或群機(jī)系統(tǒng)。雖然現(xiàn)在多處理機(jī)技術(shù)在某些方面取得了很大的進(jìn)步，比如存儲(chǔ)空間，但是在其他方面的研究，如多處理機(jī)的調(diào)度方面，還需要更加深入挖掘。就像參考文獻(xiàn)所說(shuō)，隨著人們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新的微處理器芯片，探索更加靈活、能適應(yīng)更多應(yīng)用的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展新的存儲(chǔ)方式，使I/O性能與整個(gè)計(jì)算機(jī)能力保持平衡，MPP、群機(jī)及SMP等多處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)的界限也會(huì)越來(lái)越模糊。并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)將朝著3T目標(biāo)迅速發(fā)展。參考論文鏈接：/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2010&filename=DNZS201006084&uid=WEEvREcwSlJHSldRa1FhcTdWZDlrZVpUNHB0YlBOK1lCQndibVNYUmNSQT0=$9A4hF_YAuvQ5obgVAqNKPCYcEjKens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