【正文】 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(wǎng)絡連接起來，在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)管理下， 實現(xiàn)指令以上級（任務級、作業(yè)級）并行。多處理機用專門的指令來表示并發(fā)關系，一個任務執(zhí)行時 能夠派生出與它并行的另一些任務。先做完的要停下等待。多處理機基本模型及其結論粒度與并行的關系并行性在很大程度上依賴于R/C比值，R/C是衡量任務粒度(Granularity)的尺度，其中：R: 程序執(zhí)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?？偺幚頃r間＝R*Max(M－K，K)＋C*(M－K)*K其中：R：每個任務的執(zhí)行時間，C：通信開銷，K：任 務分配參數(shù)。T=Rmax(Ki)+C/2ΣKi(MKi)與兩臺處理機的情況類似，實際的最小值發(fā)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。?Ki最多有3個取值： 、 和0?當M 是N 的倍數(shù)時，?單臺處理機執(zhí)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：?當R/C＞M/2時采用平均分配方法， ?當R/C＜M/2時采用集中分配方法。(3)R/C比值越大，越有利于計算過程。在其他多處理機系統(tǒng)中，通常采用基于目錄協(xié)議。由于寫更新策略在本地Cache修改時需要通過總線把 修改過的數(shù)據(jù)塊廣播給所有含該數(shù)據(jù)塊的其他 Cache，增加了總線的負擔。共有4種狀態(tài)(1)有效(Valid, 相當于寫回方式中的只讀：(2)無效(Invalid)：在Cache中找不到或數(shù)據(jù)塊已作 廢。主要優(yōu)點：減少大量的無效操作，提高了總線效率。(4)重寫(Dirty)：Cache中的數(shù)據(jù)塊被寫過多次，而 且是唯一正確的數(shù)據(jù)塊。寫一次(WriteOnce)協(xié)議方法：第一次寫Cache采用寫直達方式，以后采用寫回方式。方法二：寫更新（Write Update）策略，在本地Cache 數(shù)據(jù)塊修改時通過總線把新的數(shù)據(jù)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采用寫回方式（Write Back）還是寫直達方式（Write Through）無關。 (4)為了使價格和性能都比較合理，處理機數(shù)目存在一個極大值，這個值主要依賴于機器的系統(tǒng)結構、基本技術（尤其是通信技術）和具體的應用問題。(2)當處理機臺數(shù)增加時，額外開銷時間也增加。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１臺處理機分給２個任務；剩下的16臺處理機不分配任務。總時間最短的結論：當R/C＜M/2時，把所有任務分配給同一臺處理機，K＝0；當R/C＞M/2時，把任務平均分配給兩臺處理機，K＝M/2。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(tǒng)上 運行，求最短執(zhí)行時間？基本模型僅考慮由兩臺處理機組成的系統(tǒng)。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(shù)目。4. 進程同步并行處理機僅一個CU，自然是同步的。 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。從CU看，指令是串行執(zhí)行的，從PU看，數(shù)據(jù) 是并行處理的。第八章并行性的兩種類型和三種技術途徑兩種并行性概念：(1)同時性并行Simultaneity：兩個或兩個以上事件 在同一時刻發(fā)生。(6)接收方開銷 (Receiver overhead)：處理器把消息從網(wǎng)絡取出來的時間。用結點間的連接邊數(shù)：(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。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： 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(fā)射一條指令，忽略由于轉移指令和數(shù)據(jù)相關造成的損失。（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(shù)據(jù)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。(4) 啟動距離最小的恒定循環(huán)為（5）（名詞解釋）數(shù)據(jù)相關：在執(zhí)行本條指令的過程中，如果用到的指令、操作數(shù)、變址量等是前面指令的執(zhí)行結果，這種相關稱為數(shù)據(jù)相關。解：(1)禁止向量為： (2，4，6)初始沖突向量：S = 101010(2)構造狀態(tài)圖S邏輯右移6位時，不作任何處理，邏輯右移5和大于等于7時：S右移1位之后：010101∨101010＝ 111111，S右移3位之后：000101∨101010＝ 101111，S右移5位之后：000001∨101010＝ 101011，S右移7位或大于7位后還原到它本身。E=T0/Tk*k=k*n/(k+n1)；最大值為1結論：E=TP*Δt S=k*E5. 非線性流水線的無沖突調度算法 書P294300啟動距離：向一條非線性流水線的輸入端連續(xù)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。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(shù)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。也可以把地址寄存器和操作數(shù)寄存器合為一個。2 、如果某通道在數(shù)據(jù)傳送過程中，某個低速設備每隔500us發(fā)出一個字節(jié)傳送請求，問該通道至多可接幾臺這種低速設備？對于如下AF六種高速設備，一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024 個字節(jié)，問哪些設備可以掛接在此通道上，那些不能？ 3 、書p251 第五章：(取指、分析、執(zhí)行 3階段)（二次重疊執(zhí)行方式必須要用的）（簡答）：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： 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。畫出通道分時為各臺設備服務的時間圖，并 計算處理完各設備的第一次請求的時刻。與選擇通道相比，數(shù)組多路通道的數(shù)據(jù)傳輸率和通道的硬件利用都很高，控制硬件的復雜度也高（****課后題****）①字節(jié)多路通道的數(shù)據(jù)傳送過程:一個字節(jié)多路通道連接 P臺設備，每臺設備都傳送n個字節(jié)②選擇通道的數(shù)據(jù)傳送過程：選擇通道連接 P 臺設備，每臺設備都傳送n個字節(jié)③數(shù)組多路通道的數(shù)據(jù)傳送過程:數(shù)組多路通道連接P 臺設備，每臺設備都傳送n個字節(jié)10. 通道流量分析：書P243 1. 一個字節(jié)多路通道連接DDDDD5共5臺 設備，這些設備分別每10us、30us、30us、50us和 75us發(fā)出一次數(shù)據(jù)傳送請求。有多個子通道，每個子通道連接一個控制器2. 選擇通道：為高速外圍設備服務。在中斷源DDDD4的中斷向量中，程序員為它們設置的優(yōu)先級分別為4級、3級、2級、1級。每個中斷源有四位中斷屏蔽碼，其中“0”表示開放中斷，“1”表示該中斷被屏蔽。必須用軟件實現(xiàn)的有：中斷服務和返回到中斷點。安排中斷優(yōu)先順序由下列因素決定：中斷源的急迫性。中斷源分類組織的目的：在響應中斷后能盡快找到中斷入口。中斷系統(tǒng)的復雜性實際上主要是由中斷源