1 / 33

第七章

第七章. 多處理器系統. 本章概要. 單一指令單一筆資料的電腦架構 單一指令多筆資料的電腦架構 向量處理 多個指令單一筆資料的電腦架構 資料流電腦 多個指令多筆資料的電腦架構 疏耦合與緊耦合系統. 電腦的架構. 電腦的四種設計 指令產流 資料產流. 電腦的四種設計架構.

zizi
Download Presentation

第七章

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第七章 多處理器系統

  2. 本章概要 單一指令單一筆資料的電腦架構 單一指令多筆資料的電腦架構 向量處理 多個指令單一筆資料的電腦架構 資料流電腦 多個指令多筆資料的電腦架構 疏耦合與緊耦合系統

  3. 電腦的架構 電腦的四種設計 指令產流 資料產流

  4. 電腦的四種設計架構 • 電腦的內部設計架構，依M. J. Flynn所提出的論述，可從指令產流(Instruction Stream)與資料產流(Data Stream)的兩個角度，將電腦分成四類：SISD、SIMD、MISD及MIMD；本章將逐次介紹這四種類型的電腦，其定義、運作及特色等等，首先需要說明的是，指令產流與指令產流的涵意。

  5. 指令產流 • 電腦的執行，主要在於CPU從記憶體讀取指令及資料，然後指令解碼，經過指令運算執行後，最後算出結果；這是一個指令的完成過程，但是同時若有一大群指令或資料要執行，那CPU的設計觀念就完全不同了。

  6. 指令產流的狀況，一台電腦若一次只處理一個指令，就只要在解碼時得知這個指令的運算碼，由控制單元選擇運算電路，將資料加以運算，就完成了單一指令的執行；但是同時要執行多個指令，那就必須有多個運算電路，由一個控制單元同時操作多個運算電路，分別使不同的計算指令，同時解碼，然後一起執行，同時得出結果。指令產流的狀況，一台電腦若一次只處理一個指令，就只要在解碼時得知這個指令的運算碼，由控制單元選擇運算電路，將資料加以運算，就完成了單一指令的執行；但是同時要執行多個指令，那就必須有多個運算電路，由一個控制單元同時操作多個運算電路，分別使不同的計算指令，同時解碼，然後一起執行，同時得出結果。

  7. 這種同時能處理多個指令執行的架構，即為指令產流處理系統，其設計的著眼在於控制單元，也就是控制單元有同時接受多個指令的執行，操作運算電路的能力，所以也稱控制流(Control Flow)。

  8. 資料產流 • 另一種程式的執行方式，是從資料的處理來考量的，此即為資料產流。這種設計是著重在，如何能同時處理指令中的多筆資料；如果一次只能處理一筆指令資料，就只是單一資料產流；而實際上資料產流電腦的設計，是考慮大量的資料處理。

  9. 以資料的流動為主，固定而大量的運算電路為被動元件，這些電路是被放在指令執行的階段。當每個指令在解碼後，其資料(運算元)會主動的，尋找所需的運算電路執行之；其控制單元是協助多筆指令的資料，在解碼後，找到適當的運算電路執行，一種以資料為主的電腦設計觀念。以資料的流動為主，固定而大量的運算電路為被動元件，這些電路是被放在指令執行的階段。當每個指令在解碼後，其資料(運算元)會主動的，尋找所需的運算電路執行之；其控制單元是協助多筆指令的資料，在解碼後，找到適當的運算電路執行，一種以資料為主的電腦設計觀念。

  10. 單一指令單一筆資料(SISD)的電腦架構

  11. 單一指令單一筆資料(SISD)的電腦架構 • 如果電腦的設計，以一次處理一個指令與一筆資料為主，即稱為SISD(Single Instruction Single Data)的電腦架構。

  12. 單一指令多筆資料(SIMD)的電腦架構 陣列處理 資料相依性 向量處理 多輸出入的運算電路 浪潮陣列處理器 心臟收縮陣列處理器

  13. 單一指令多筆資料(SIMD)的電腦架構 • 一台電腦的內部，一次可執行一個指令而同時處理多筆資料，即為SIMD(Single Instruction Multiple Data)的電腦架構，這種電腦會有多個運算電路，同時可接受多筆資料的輸入處理，但只有一個控制單元，提供單一指令的執行。

  14. 在SIMD的架構裡，一次只能執行一個指令，這對一般程式的執行，其實並沒有多大的裨益；因為少有連續多個加法或其他運算，可以一次利用SIMD架構執行，大部份的程式，是各種指令混合的，對SIMD的架構而言，運算電路較用不上，形成浪費。在SIMD的架構裡，一次只能執行一個指令，這對一般程式的執行，其實並沒有多大的裨益；因為少有連續多個加法或其他運算，可以一次利用SIMD架構執行，大部份的程式，是各種指令混合的，對SIMD的架構而言，運算電路較用不上，形成浪費。

  15. 多個指令單一資料(MISD)的電腦架構 控制流與資料流 資料流的圖形語言 資料流電腦的特色

  16. 多個指令單一資料(MISD)的電腦架構 • 如果一台電腦可以同時執行多個不同的指令，但一次只能處理一筆資料，稱為MISD(Multiple Instruction Single Data)電腦。這樣的電腦在設計上，必須有多組不同的控制電路及運算電路，才能同時執行多個不同的指令，但一次卻只有一筆資料輸入。

  17. 這種電腦設計比較特別，它有大量的控制與運算電路，但每次卻只處理一筆資料，完全不符合經濟效益，所以沒有任何商業公司會去生產這種電腦。這種電腦設計比較特別，它有大量的控制與運算電路，但每次卻只處理一筆資料，完全不符合經濟效益，所以沒有任何商業公司會去生產這種電腦。

  18. 多個指令多筆資料(MIMD)的電腦架構 多處理器系統 緊耦合與疏耦合多處理器系統 多處理器系統的啟動與執行 多處理器系統的資料管理 多處理器間的連接方式 多核心的CPU時代

  19. 多個指令多筆資料(MIMD)的電腦架構 • 如果一台電腦可以同時執行多個不同的指令，且各自能處理不同的資料，稱為MIMD(Multiple Instruction Multiple Data)電腦；這樣的電腦在設計上，必須有多組不同的控制電路及運算電路，才能同時執行多個不同的指令，與多筆不同的資料處理。

  20. 然而有獨立的控制與運算電路，以及輸出入暫存器，且可執行任何一個指令；這已經是一個完整的處理器(Processor)電路了；所以MIMD的電路，基本上就已經是一個多處理器系統(Multiprocessor System)的設計架構了。

  21. 多處理器系統 • 一台電腦內有多個處理器，可同時執行，即稱為多處理器系統電腦，而這種多處理器系統的電腦，在設計上分成兩種：

  22. 多核心的CPU時代 • 個人電腦的CPU設計，已進入多核心的架構；這是緊耦合的系統，但多個處理器製作在CPU的單一晶片內，並由單一匯流排接出。這種多核心的CPU買出，即表示個人電腦已步入多處理器的時代了。

  23. 未來的個人電腦發展 • 以未來的個人電腦發展來看，必將形成多處理器的執行架構；CPU將以程式的執行考量，而以緊耦合的系統，形成高速平行處理。所以多核心的設計，將會設法改變匯流排共接記憶體的問題，以增加更多的處理器。

  24. 而在管理外部裝置的角度來看，卻會以疏耦合的系統發展；在影音、螢幕、磁碟陣列等等管理控制上，會漸形成專用處理器來負責；而組成疏耦合的多處理器系統，執行並行處理。而在管理外部裝置的角度來看，卻會以疏耦合的系統發展；在影音、螢幕、磁碟陣列等等管理控制上，會漸形成專用處理器來負責；而組成疏耦合的多處理器系統，執行並行處理。

  25. 展望未來個人電腦的多處理器系統發展，從CPU內部緊耦合的平行處理，到外部疏耦合的分工處理，會更快速的導引電腦科技，走向更高速又專業化的領域中。展望未來個人電腦的多處理器系統發展，從CPU內部緊耦合的平行處理，到外部疏耦合的分工處理，會更快速的導引電腦科技，走向更高速又專業化的領域中。

More Related