并行計(jì)算體系結(jié)構(gòu)教學(xué)課件

計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)13.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)概述13.1.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展口馮諾依曼機(jī)器機(jī)構(gòu)(1)改變馮諾依曼機(jī)器的串行執(zhí)行模式(2)改變馮諾依曼機(jī)器的控制驅(qū)動(dòng)方式上頁(yè)返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)今天計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容進(jìn)一步提高單個(gè)微處理器的性能·基于微處理器的多處理器體系結(jié)構(gòu)?！と嫣岣哂?jì)算機(jī)的系統(tǒng)性能:可用性,可維護(hù)性,可縮放性·新型器件的處理器上頁(yè)返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高單個(gè)微處理器的性能器件技術(shù)(2005年的IC技術(shù))200Mtransistors,0.1featuresize/onechip2.0-3.5GHZPentium1GHz0.9-1.2V(工作電壓)高性能體系結(jié)構(gòu)EmbeddedComputerSystem(嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng))ReconfigurablecomputerArchitecturePower-awarecomputerArchitecture上頁(yè)返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)高性能處理器所采用的一些技術(shù)on-chipmultilevelcache/pre-fetchbuffer硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的上下文切換大規(guī)模的片上分布式DRAM深度流水線8-12→>20級(jí)以上AdvancedSuper-scalar:16-32指令/clockcycleSuper-speculativeProcessor:fine-grainheavyspeeculationTraceProcessorVectorIntelligentramProcessorV-IRAMon-chipmultiprocessorInstruction-levelDistributedProcessing(ILDP上頁(yè)ClusteredDependence-basedArchitecture返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)新型器件的處理器光速極限問(wèn)題IC電路有極限·線寬不能無(wú)限縮小·性能價(jià)格+低功耗新型器件量子計(jì)算機(jī):是利用原子所具有的量子特性進(jìn)行信息處理的一種全新概念的計(jì)算機(jī)。(量子算法程序)光計(jì)算機(jī)分子計(jì)算機(jī)DNA計(jì)算機(jī):利用DNA保存復(fù)雜信息的巨大存儲(chǔ)能力。用核苷酸的排列表示各種信息,生物酶充當(dāng)加減乘除操作,通過(guò)化學(xué)反應(yīng)得出計(jì)算結(jié)果上頁(yè)返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)13.1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi)當(dāng)前計(jì)算機(jī)的種類(lèi)Fynn分類(lèi)法SISDSIMDMISDMIMD馮氏分類(lèi)法Handle分類(lèi)法·Kuck分類(lèi)法上頁(yè)返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)當(dāng)前計(jì)算機(jī)的種類(lèi)1989IEEE電氣與電子工程師委員會(huì)提出的計(jì)算機(jī)分類(lèi)個(gè)人計(jì)算機(jī)PersonalComputer(PC)工作站W(wǎng)orkStation(WS)小型機(jī)MiniComputer中型機(jī)Mainframe小巨型機(jī)Minisupercomputer巨型機(jī)Supercomputer網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算機(jī)上頁(yè)返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)F1yn分類(lèi)法1966Flynn分類(lèi)法:根據(jù)指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)基本思想是計(jì)算機(jī)工作過(guò)程是指令流的執(zhí)行和數(shù)據(jù)流的處理。指令流:機(jī)器執(zhí)行的指令序列數(shù)據(jù)流:由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列(包括輸入數(shù)據(jù)和中間結(jié)果)多倍性:在系統(tǒng)性能的瓶頸部件上處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大個(gè)數(shù)上頁(yè)返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)1.單指令流單數(shù)據(jù)流SISD典型的SISD機(jī)器:傳統(tǒng)的順序計(jì)算機(jī)SISD機(jī)器結(jié)構(gòu):CU:控制部件IS:指令流PU:處理部件DS:數(shù)據(jù)流MU:存儲(chǔ)部件DS1OCUPUMU上頁(yè)返回計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)第13章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)2.單指令流多