【正文】 行處理機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖第九章多處理機(jī)的定義與特點(diǎn)多處理機(jī)定義：兩個(gè)或兩個(gè)以上處理機(jī)(包括PU和CU)，通過高 速互連網(wǎng)絡(luò)連接起來，在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)管理下， 實(shí)現(xiàn)指令以上級(jí)（任務(wù)級(jí)、作業(yè)級(jí)）并行。多處理機(jī)用專門的指令來表示并發(fā)關(guān)系，一個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí) 能夠派生出與它并行的另一些任務(wù)。先做完的要停下等待。多處理機(jī)基本模型及其結(jié)論粒度與并行的關(guān)系并行性在很大程度上依賴于R/C比值，R/C是衡量任務(wù)粒度(Granularity)的尺度，其中：R: 程序執(zhí)行時(shí)間，C: 通信開銷細(xì)粒度并行：R/C小，通信開銷大,并行度低?？偺幚頃r(shí)間＝R*Max(M－K，K)＋C*(M－K)*K其中：R：每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，C：通信開銷，K：任 務(wù)分配參數(shù)。T=Rmax(Ki)+C/2ΣKi(MKi)與兩臺(tái)處理機(jī)的情況類似，實(shí)際的最小值發(fā)生在極端分配 情況下：或者將所有的任務(wù)集中在一臺(tái)處理機(jī)上，或者將任務(wù)平均分配給所有處理機(jī)。?Ki最多有3個(gè)取值： 、 和0?當(dāng)M 是N 的倍數(shù)時(shí)，?單臺(tái)處理機(jī)執(zhí)行全部M個(gè)任務(wù)的總時(shí)間：?總處理時(shí)間＝RM?使兩者差為0，得到R/C=M/2結(jié)論：?當(dāng)R/C＞M/2時(shí)采用平均分配方法， ?當(dāng)R/C＜M/2時(shí)采用集中分配方法。(3)R/C比值越大，越有利于計(jì)算過程。在其他多處理機(jī)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(shí)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(fù)擔(dān)。共有4種狀態(tài)(1)有效(Valid, 相當(dāng)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(diǎn)：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(dá)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(shí)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?qū)懜虏呗耘cCache采用寫回方式（Write Back）還是寫直達(dá)方式（Write Through）無關(guān)。 (4)為了使價(jià)格和性能都比較合理，處理機(jī)數(shù)目存在一個(gè)極大值，這個(gè)值主要依賴于機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基本技術(shù)（尤其是通信技術(shù)）和具體的應(yīng)用問題。(2)當(dāng)處理機(jī)臺(tái)數(shù)增加時(shí)，額外開銷時(shí)間也增加。例如：101個(gè)任務(wù)平均分給50臺(tái)處理機(jī)：有33臺(tái)處理機(jī)，每臺(tái)分給3個(gè)任務(wù)；另有１臺(tái)處理機(jī)分給２個(gè)任務(wù)；剩下的16臺(tái)處理機(jī)不分配任務(wù)?？倳r(shí)間最短的結(jié)論：當(dāng)R/C＜M/2時(shí)，把所有任務(wù)分配給同一臺(tái)處理機(jī)，K＝0；當(dāng)R/C＞M/2時(shí)，把任務(wù)平均分配給兩臺(tái)處理機(jī)，K＝M/2。多處理機(jī)運(yùn)算的基本模型目標(biāo)：由M個(gè)任務(wù)組成的程序，在N臺(tái)處理機(jī)組成的系統(tǒng)上 運(yùn)行，求最短執(zhí)行時(shí)間？基本模型僅考慮由兩臺(tái)處理機(jī)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(jìn)程調(diào)度并行處理機(jī)的PE是固定的，用屏蔽來改變實(shí)際參加操 作的PE數(shù)目。4. 進(jìn)程同步并行處理機(jī)僅一個(gè)CU，自然是同步的。 多處理機(jī)的并行性存在于指令外部，在多個(gè)任務(wù)之間，識(shí) 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(shù)途徑兩種并行性概念：(1)同時(shí)性并行Simultaneity：兩個(gè)或兩個(gè)以上事件 在同一時(shí)刻發(fā)生。(6)接收方開銷 (Receiver overhead)：處理器把消息從網(wǎng)絡(luò)取出來的時(shí)間。用結(jié)點(diǎn)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(shí)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(jìn)行的稱為順序完成習(xí)題： 一個(gè)15000條指令的程序在一臺(tái)時(shí)鐘頻率為25MHZ的線性流水線處理機(jī)上運(yùn)行，假設(shè)該流水線分為相等的5段，并且每個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)射一條指令，忽略由于轉(zhuǎn)移指令和數(shù)據(jù)相關(guān)造成的損失。（先行指令窗口：能夠從指令Cache中預(yù)取多條指令，能夠?qū)Υ翱趦?nèi)的指令進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析和功能部件沖突檢測，保存暫時(shí)不能進(jìn)入操作部件的指令。(4) 啟動(dòng)距離最小的恒定循環(huán)為（5）（名詞解釋）數(shù)據(jù)相關(guān)：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(jié)果，這種相關(guān)稱為數(shù)據(jù)相關(guān)。解：(1)禁止向量為： (2，4，6)初始沖突向量：S = 101010(2)構(gòu)造狀態(tài)圖S邏輯右移6位時(shí)，不作任何處理，邏輯右移5和大于等于7時(shí)：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(jié)論：E=TP*Δt S=k*E5. 非線性流水線的無沖突調(diào)度算法 書P294300啟動(dòng)距離：向一條非線性流水線的輸入端連續(xù)輸入兩個(gè)任務(wù)之間的時(shí)間間隔例題：一條4功能段的非線性流水線，每個(gè)功能段的延遲時(shí)間都相等，它的預(yù)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(jié)果的指令時(shí)，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(hào)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(gè)。2 、如果某通道在數(shù)據(jù)傳送過程中，某個(gè)低速設(shè)備每隔500us發(fā)出一個(gè)字節(jié)傳送請(qǐng)求，問該通道至多可接幾臺(tái)這種低速設(shè)備？對(duì)于如下AF六種高速設(shè)備，一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024 個(gè)字節(jié)，問哪些設(shè)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(chǔ)器與指令分析器之間，用它來平滑主存儲(chǔ)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(yùn)算控制器之間，使指令分析器和運(yùn)算器能夠各自獨(dú)立工作。畫出通道分時(shí)為各臺(tái)設(shè)備服務(wù)的時(shí)間圖，并 計(jì)算處理完各設(shè)備的第一次請(qǐng)求的時(shí)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(fù)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(gè)字節(jié)多路通道連接 P臺(tái)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備都傳送n個(gè)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(tái)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備都傳送n個(gè)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(tái)設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備都傳送n個(gè)字節(jié)10. 通道流量分析：書P243 1. 一個(gè)字節(jié)多路通道連接DDDDD5共5臺(tái) 設(shè)備，這些設(shè)備分別每10us、30us、30us、50us和 75us發(fā)出一次數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求。有多個(gè)子通道，每個(gè)子通道連接一個(gè)控制器2. 選擇通道：為高速外圍設(shè)備服務(wù)。在中斷源DDDD4的中斷向量中，程序員為它們?cè)O(shè)置的優(yōu)先級(jí)分別為4級(jí)、3級(jí)、2級(jí)、1級(jí)。每個(gè)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(shí)現(xiàn)的有：中斷服務(wù)和返回到中斷點(diǎn)。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(yīng)中斷后能盡快找到中斷入口。中斷系統(tǒng)的復(fù)雜性實(shí)際上主要是由中斷源