单处理器系统和多处理器系统介绍.pdf

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1、年单处理器系统和多处理器系统介绍如果一个计算机系统只包括一个运算处理器，则称之为单机系统;如果有多个运算处理器，则称之为多机系统。早期的计算机系统是基于单个处理器的顺序处理机器。程序员编写串行执行的代码，让 其在 CPU串行执行，甚至每一条指令的执行也是串行的(取指令、取操作数、执行操作、存储结果)。为提高计算机处理的速度，首先发展起来的是联想存储器系统和流水线系统，ghost win7前者提出了数据驱动的思想，后者解决了指令串行执行的问题，这两者都是最初汁算机并行化发展的例子。随着硬件技术的进步，并行处理技术得到了迅猛的发展，讣算机系统不再局限于单处理器和单数搦流，各种各样的并行结构得到了应

2、用。目前计算机系统可以分 为以下 4 类。(1)单指令流单数据流(SISD)。一个处理器在一个存储器中的数据上执行单条指令流。(2)单指令流多数据流(SIMD)o 单条指令流控制多个处理单元同时执行，每个处理单 元包括处理器和相关的数据存储，一条指令事实上控制了不同的处理器对不同的数据进行操作。向疑机和阵列机是这类计算机系统的代表。(3)多指令流丰数据流(MISD)o-个数据流被传送给一组处理器，通过这一组处理器卜.的不同指令操作最终得到处理结果。该类计算机系统的研究尚在实验室阶段。(4)多指令流多数据流(MIMD).多个处理器对各自不同的数据集同时执行不同的指令 流。可以把 MIMD 系统划

3、分为共享内存的紧密耦合 MIMD 系统和内存分布的松散耦合 MIMD 系统两大类。根据处理器分配策略，紧密耦合 M1MD 系统可以分为主从式系统(Main/SlaveMultiprocessor)和对称式系统(Symmetric MultiprocessorzSMP)两类。主从式系统的基本思想是:在一个特別的处理器上运行操作系统内核，其他处理器上则 运行用户程序和操作系统例行程序，内核负责分配和调度各个处理器，并向其他程序提供各种服务(如输人输出)。这种方式实现简单，但是主处理器的朗溃会导致整个系统的朋溃，并且极可能在主处理器上形成性能瓶颈。在对称式多处理器系统中，操作系统内核可以运行在任意一

4、个处理器上，每个处理器都 可以自我调度运行的进程和线程，并且操作系统内核也被设计成多进程或多线程，内核的各个部分可以并行执行。对称多处理器是迄今开发出的最为成功的两种并行机之一。有一种 SMP 机最多可支持 64 个处理器，多个处理器之间采用共享主存储器。SMP 机有对称性、单一地址空间、低通信延迟和一致的髙速缓存等特点，具有髙可靠性、可扩充性、易伸缩性。这一系统中的任何处理器都可以访问仟何存储单元及 I/O 设备;处理器之间的通信代价很 低，而并行度较高。共享存储器中只保存一个操作系统和数拯库副本，既有利于动态负载平衡，又有利于保证数据的完整性和一致性。几乎所有的大型计算机硬件制造商，如 D

5、EC、HP、IBM、SUN、SGI 都生产SMP 机，主要用于联机分析处理、数据库和数据仓库等。在松散耦合 MIMI)系统中，每个处理单元都有一个独立的内存储器，各个处理单元之 间通过设立的线路或网络通信，多汁算机系统和集群(Cluster)系统都是松散耦合 MIML)系统的例子。集群系统是迄今开发出的另一种最为成功的并行机。它是一组互连的完整计算机，在运 行时共同构成统一的汁算资源，给人以一台机器的感觉。集群系统的配苣一般奋两种方法,一是务个节点计算机带磁盘，二是多个节点计算机共享 RAID 磁盘。在集群系统中，每一 台计算机都是一个完整的盯点，离开集群后自己可以独立工作，所以一个肖点的失败并不意味着服务的失1少年易学老难成.寸光阴不可轻方度文W败，从而使集群系统具备很好的容错性。集群系统还具有很好的可伸缩性，用户开始可以在一个适度大小的系统上工作，随着需求的增加，集群系统可以被方便地扩展，直到具有数十或数百个廿点。集群系统的性能价格比也很好，使用计算机集群，能够用比较低的价格，番茄花园win7 获得与一台大型计算机相同或更大的计算能力。今天，大多数通用操作系统既支持简单的单处理器讣算机系统，又支持 SMP 系统和集 群系统。2