了解计算机体系结构(4)

RISC中采用的流水技术
1.超流水线技术
通过细化流水、增加级数和提高主频,使得在每个机器周期内能完成一个甚至两个浮点操作。其实质是以时间换空间,特征是在所有的功能单元都采用流水,并有更高的时钟频率和更深的流水深度。

2.超标量技术
通过内装多条流水线来同时执行多个处理,其时钟频率虽然与一般的流水接近,却有更小的CPI(每个指令需要的机器周期数)。其实质是以空间换时间。

3.超长指令字。
同时执行多条指令,充分发挥软件作用,而使硬件简化,性能提高。VLIW有更小的CPI,但需要有足够高的时钟频率。

吞吐率和流水建立时间
1.吞吐率
指单位时间内流水线处理机流出的结果数。对指令而言,就是单位时间内执行的指令数。如果流水线的子过程所用时间不一样,则吞吐率p应为最长子过程的倒数。

2.流水建立时间
流水线开始工作,需经过一定时间才能达到最大吞吐率,这就是建立时间。
若m个子过程所用时间一样,均为t,则建立时间T=mt。

阵列处理机、并行处理机和多处理机

并行性包括同时性和并发性
同时性是指两个或两个以上的事件同一时刻发生。
并发性是指两个或两个以上的事件在同一时间间隔内连续发生。

从计算机信息处理的步骤和阶段的角度,并行处理可分为以下几类:
1.存储器操作并行。
2.处理器操作步骤并行(流水线处理机)
3.处理器操作并行(阵列处理机)
4.指令、任务、作业并行(多处理机、分布式处理系统、计算机网络)

1.阵列处理机
将重复设置的多个处理单元(PU)按一定方式连成阵列,在单个控制部件(CU)控制下,对分配给自己的数据进行处理,并行地完成一条指令所规定的操作。这是一种单指令多数据流计算机,通过资源重复实现并行性。

2.并行处理机
有SIMD和MIMD两种典型的并行计算机。SIMD有共享存储器和分布式存储器两种形式如下图:
了解计算机体系结构(4)_第1张图片

3.多处理机
由多台处理机组成的系统,每台处理机有属于自己的控制部件,可以执行独立程序,共享一个主存储器和所有外部设备。它是多指令多数据流计算机。其机间的互连技术决定了多处理机的性能。

4.其他计算机
集群一般是指连接在一起的两个或多个计算机。集群计算机是并行或分布式处理系统,有很多连接在一起的独立计算机组成,像单集成的计算机资源一样协同工作,主要用来解决大型计算机问题。

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