第7章 多处理机.ppt

一、多处理机的特点和主要技术指标1、定义:两个或两个以上处理机(包括PU和CU),通过高速互连网络连接起来,在统一的操作系统管理下,实现指令以上级(任务级、作业级)并行。按照Flynn分类法,多处理机系统属于MIMD计算机。多处理机系统由多个独立的处理机组成,每个处理机都能够独立执行自己的程序。 存储器操作并行——并行存储系统、相联处理机 处理器操作步骤并行——流水线处理机 处理器操作并行——阵列处理机 任务、作业并行——多处理机2、目的:通过多个作业、任务的并行处理提高大而复杂问题的解题速度使用冗余的多个处理机,通过重新组织来提高系统的可靠性、适用性和可用性(1)、结构灵活性并行处理机:专用,PE数很多(几千个),固定有限的通信多处理机:通用,几十个,高速灵活的通信(2)、程序并行性并行处理机并行性存在于指令内部,识别比较容易多处理机并行性存在于指令外部,在多个任务之间,识别难度较大3、特点(3)、并行任务派生并行处理机把同种操作集中在一起,由指令直接启动各PE同时工作。多处理机用专门的指令来表示并发关系,一个任务开始执行时能够派生出与它并行执行的另一些任务,如果任务数多于处理机数,多余的任务进入排队器等待。(4)、进程同步并行处理机仅一个CU,自然是同步的多处理机执行不同的指令,工作进度不会也不必保持相同,先做完的要停下来等待。有数据相关和控制相关也要停下来等待,要采取特殊的同步措施来保持程序所要求的正确顺序。(5)、资源分配和进程调度并行处理机的PE是固定的,采用屏蔽手段改变实际参加操作的PE数目多处理机执行并发任务,需用处理机的数目不固定,各个处理机进入或退出任务的时刻不相同,所需共享资源的品种、数量又随时变化提出资源分配和进程调度问题,它对整个系统的效率有很大的影响。多处理机为适应多种算法,要求结构能更灵活、变化要多,可以实现复杂的机间互连且避免争用共享的硬件资源多处理机的并行性主要体现于指令的外部,使得程序并行性的识别比较困难。它必须利用算法、程序语言、编译、操作系统、指令及硬件等,从多种途径去挖掘出各种潜在的并行性。多处理机需要有专门的指令或语句来控制并行任务的派生。根据并发任务之间的数据相关或控制依赖等关系,使用专门的手段来进行并行任务(进程)的同步。多处理机执行并发任务所需的处理机的机数是不定的。各处理机进入或退出任务所需资源的变化比较复杂,必须较好的解决动态的资源分配和任务调度,让各处理机的负荷尽可能均衡,防止死锁。多处理机中某个处理机发生故障后,应知道如何重新组织系统,使系统不至于瘫痪。多处理机机数增多后,应知道如何提供良好的编程环境。因此,多处理机的结构、机间互连、并行算法、并行语言、编译、操作系统等都将会直接影响到系统的性能和效率的提高。二、多处理机的硬件结构1、多处理机的构型紧耦合多处理机通过共享主存实现机间通信为了减少访问主存的冲突,主存采用模m多体交叉方式组织。如果处理机自带局部存储器或再加上Cache存储器,可以大大提高系统的性能,降低对处理机——存储器互联网络的使用发生冲突的概率。松耦合多处理机的每台处理机有一个容量较大的存储器,用于存放各处理机常用的指令和数据,减少访主存的冲突。处理机之间通过通道或消息传送系统MTS来进行通信。2、多处理机的机间互连形式总线形式具有结构简单、成本低、可扩充性好的优点。但性能和可靠性严重受物理因素的制约。总线形式需要使用相应的总线控制机构和总线仲裁算法,来解决总线的访问冲突。令牌环网的互连形式采用点点连接,其物理参数容易得到控制,非常适合于有高通讯带宽的光纤通信。纵横交叉开关形式是多总线朝总线数增加方向发展的一种极端情况,它适影响系统性能的瓶颈不再是互联网络,而转到了共享的主存。它适合处理机机数较多的情形,但也不宜超过32台,否则将是系统造价过高。采用交叉开关互连具有可扩充性好,系统流量大的特点。多端口存储器互连是将分布于交叉开关矩阵中的控制,转移和优先级仲裁逻辑放置到相应存储器模块的接口中来。它对机数少的多处理机场合还是很适用的,但处理机机数固定了,不能随意扩充,整个系统性能不可能很高。分布式结构的开关枢纽形式:将互连结构的开关设置在各处理机或接口内部。在这种形式中,每台处理机都经过其开关枢纽与其它多台处理机连接,适合于用在处理机机数很多的分布式多处理机的场合。可扩充性好,系统流量大。