文档介绍：第8章多处理机
内容提要:
本章首先介绍多处理机的基本结构与类型,包括紧耦合多处理机、松耦合多处理机及多处理机中的Cache一致性问题。然后,讲述并行多处理机中的关键技术,比如程序并行性分析、并行程序设计语言的基本概念、多处理机操作系统的基本特征及多处理机调度策略等。最后以具体示例阐述并行多处理机的发展趋势。重点是紧耦合/松耦合多处理机的组成及与Cache的一致性、并行程序设计语言的基本概念、多处理机操作系统的基本特征以及多处理机调度策略等。难点是多处理机中的Cache一致性和多处理机调度策略。
第8章多处理机
多处理机的基本结构与类型
并行多处理机技术
并行多处理机的发展趋势
多处理机的基本结构与类型
紧耦合多处理机
松耦合多处理机
多处理机中的Cache一致性
多处理机是由多台独立的计算机组成,若按照Flynn分类法,这种结构称为多指令流多数据流,即MIMD型结构。按照处理机的组成与连接方式,多处理机可分为两种类型,即紧耦合(Tightly coupled)多处理机和松耦合(Loosely coupled)多处理机。
紧耦合多处理机
紧耦合(Tightly coupled)多处理机是指各处理机通过系统中的共享主存实现相互之间的数据传送及通信。各处理机有自己的局部存储器,又共享共用存储器。
,由p个处理机、m个存储器模块和d个I/O通道组成。每个处理机Pi有一个容量不大的本地存储器LMi,配置高速Cache CMi。各处理机通过互连网络PPIN实现互连,又通过互连网络PMIN与共享存储器连接,通过互连网络PIOIN与外部I/O通道连接。
紧耦合多处理机典型结构
由于通过共享存储器实现数据传送和通信,因此速度快,效率高。但是处理机的台数往往受到限制,主要有两方面的因素。一是通过共享存储器通信,故当处理机的数量增大时,访存冲突增多;二是处理机与主存之间的互连网络的带宽有限,当处理机的数量增大时可能成为瓶颈。为此,常采用以下措施:
①采用多模块交叉存储器结构,以减少访存冲突。
②每台处理机有一个小容量的局部存储器,存放核心代码,减少对共享存储器的访问。
③每台处理机配置一个高速Cache,以减少对主存的访问。
在构成多处理机时,各处理机的内部结构可以相同,也可以不同;结构形式可采取对称型,也可采取非对称型。下面主要介绍同构对称型和异构非对称型的结构。
1. 同构对称型多处理机
同构对称型多处理机是指系统中各处理机的结构及总线连接方式相同。
(1)Balance同构对称型多处理机
,处理机由2~32个CPU组成,存储器由1~6个存储体组成。每个处理机模块由1个80386CPU、浮点运算器Weitek1167及64KB的Cache组成;每个存储器模块MEM包含8MB存储体及一个存储控制器,其容量可扩展到40MB。处理机模块、存储器模块直接与系统总线连接。系统总线通过磁盘控制器与外部磁盘阵列连接,通过SCSI总线与其它外部设备连接,另外还可通过总线适配器与局域网()或远程网()连接。
Balance同构对称型多处理机
(2)曙光一号同构对称型多处理机
,由4个CPU和4个存储体组成。每个处理机由1个MC88100和两个包含Cache的存储控制器MC88200组成,主存容量为64MB,可扩展到768MB。通过高速局部总线将4个CPU和存储器模块连接起来,通过总线适配器和I/O接口与远程网()、局域网()以及SCSI接口连接。
曙光一号同构对称型多处理机
2. 异构非对称型多处理机
是指系统中各处理机的结构及与总线的连接方式可以不同,存储器模块的结构也可以不同,。除了主CPU和主存之外,还有多个专用处理机。字符处理机CIOP与外部字符设备连接,数据处理机BIOP与外部数组设备连接,网络处理机NIOP用于外部联网,图形处理机GIOP连接外部图形设备,ACOP是向量处理机。
异构非对称型多处理机示意图