多处理机____分布式共享存储器体系结构
7.3 分布式共享存储器体系结构
缺点： (1) 实现透明的软件Cache一致性的编译机制能力 有限。 (2) 没有Cache一致性，机器就不能利用取出同一 块中的多个字的开销接近于取一个字的开销 这个优点，这是因为共享数据是以Cache块为 单位进行管理的。当每次访问要从远程存储 器取一个字时，不能有效利用共享数据的空 间局部性。 (3) 诸如预取等延迟隐藏技术对于多个字的存取 更为有效，比如针对一个Cache块的预取。
对基于目录的Cache一致性的多种改进 有限映射目录 链式结构目录
基于目录的Cache一致性协议是完全由硬件实现的。 此外，还可以用软硬结合的办法实现。
虚拟存储器的特点
知识回顾 Knowledge Review
第７章，所有的结点通过网络互 连。访问可以是本地的，也可是远程的。 可以不支持Cache一致性：规定共享数据不进入Cache，
仅私有数据才能保存在Cache中。 优点： 所需的硬件支持很少
(因为远程访问存取量仅是一个字(或双字)而 不是一个Cache块)
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
解决Cache一致性问题的关键： 寻找替代监听协议的一致性协议。。
目录协议 在每个结点增加目录存储器，用于存放目录
对每个结点增加目录表后的分布式存储器的系统结构
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
7.3.1 基于目录的Cache一致性及其实现
所有处理器的Cache 专有
仅有一个处理器上有该块的副本，且已对该块 进行了写操作，而主存的拷贝仍是旧的。这个处理器 称为该块的拥有者。
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
(3) 由于写作废操作的需要，还必须记录哪些处理器 有该块的拷贝 方法：对每个主存块设置一个位向量 当该块被共享时，每个位指出与之对应的处 理器是否有该块的拷贝。 当该块为专有时，可根据位向量来寻找其拥
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
结点之间发送的消息 及其作用
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
目录状态转换图
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
目录协议必须实现两种基本操作 处理读失效 处理对共享、干净块的写 对共享块写失效的处理是这两个操作的简单组合
(2) 目录必须跟踪记录每个存储块的状态 存储块的状态有三种：
虚拟存储器的特点
7.3 分布式共享存储器体系结构
共享 在一个或多个处理器上具有这个块的副本，
且主存中的值是最新值（所有Cache 未缓冲
完整版计算机体系结构课后习题原版答案-张晨曦著
第1章计算机系统结构的基本概念 (1)第2章指令集结构的分类 (6)第3章流水线技术 (8)第4章指令级并行 (21)第5章存储层次 (31)第6章输入输出系统 (38)第7章互连网络 (41)第8章多处理机 (45)第9章机群 (45)第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构:按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构,每一层以一种不同的语言为特征.这些层次依次为：微程序机器级,传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等.虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能.解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后,再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复,直到解释执行完整个程序.计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中,把这种本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性.计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现,包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等.计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数.Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后,所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚.包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序,用来测试计算机在各个方面的处理性能。
2022年东北师范大学计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷A(有答案)
2022年东北师范大学计算机科学与技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷A（有答案）一、选择题1、下列关于虚拟存贮器的说法，比较正确的应当是( )A.访主存命中率随页面大小增大而提高B.访主存命中率随主存容量增加而提高C.更换替换算法能提高命中率D.在主存命中率低时，改用堆栈型替换算法，并增大主存容量，可提高命中率2、浮点数尾数基值rm=8，尾数数值部分长6位，可表示的规格化最小正尾数为( )A.0.5B.0.25C.0.125D.1/643、"一次重叠"中消除"指令相关"最好的方法是( )。
A.不准修改指令B.设相关专用通路C.推后分析下条指令D.推后执行下条指令4、“启动I/O”指令是主要的输入输出指令，是属于（）。
A.目态指令B.管态指令C.目态、管态都能用的指令D.编译程序只能用的指令5、对机器语言程序员透明的是（）A.中断字B.主存地址寄存器C.通用寄存器D.条件码6、除了分布处理、MPP和机群系统外，并行处理计算机按其基本结构特征可分为流水线计算机，阵列处理机，多处理机和（）四种不同的结构。
A.计算机网络B.控制流计算机C.机群系统D.数据流计算机7、计算机系统结构不包括( )。
A.主存速度B.机器工作状态C.信息保护D.数据8、在多用户机器上，应用程序员不能使用的指令是（）A.“执行”指令B.“访管”指令C.“启动IO”指令D“测试与置定”指令9、Cache存贮器常用的地址映象方式是( )。
A.全相联映象B.页表法映象C.组相联映象D.段页表映象10、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是（）A.计算机软件所要完成的功能B.计算机硬件的全部组成C.编程要用到的硬件组织D.计算机各部件的硬件实现。
11、传统机器语言机器级，是用（）来（）机器指令。
A.硬件，翻译B.编译程序，翻译C.微指令程序，解释D.微指令程序，翻译12、IBM360/91对指令中断的处理方法是（）A.不精确断点法B.精确断点法C.指令复执法D.对流水线重新调度13、输入输出系统硬件的功能对（）是透明的。
计算机系统结构复习题(含参考答案)
02325计算机系统结构复习题一、单项选择题1．多处理机上两个程序段之间同时有先读后写和先写后读两种数据相关，则（C ）A．交换串行B．不能并行执行C．必须并行执行D．顺序串行2．输入输出系统硬件的功能对下面哪一类人员是透明的（A）A．应用程序员B．操作系统程序员C．机器语言程序设计员D．系统结构设计人员3．输入流水线的指令既无局部性相关也没有全局性相关，则（ B ）A．出现瓶颈B．可获得高的吞吐率和效率C．可靠性提高D．流水线的效率和吞吐率恶化4．相对较好的处理浮点数尾数的下溢的方法是（ D ）A．舍入法B．恒置1法C．截断法D．查表舍入法5．以下属于操作级并行SIMD计算机的是（ A ）A．阵列处理机B．多处理机C．超标量处理机D．超流水线处理机6．数据表示的含义是（ C ）A．程序中的数据格式B．数据结构C．硬件能直接识别引用的数据类型D．数据类型7．下面不是流水机器全局相关的处理方法的是（ B ）A．采取延迟转移B．堆栈法C．猜测法D．加快短循环程序的处理8．面向堆栈的寻址（ D ）A．能更好地支持向量的运算B．比面向寄存器的寻址访问速度快C．能更好地支持矩阵运算D．有利于子程序嵌套、递归调用参数、返回地址与现场的保存和恢复9．中断的优先级由高到低的是（ D ）A．程序性→I/O→机器校验B．外部→重新启动→程序性C．I/O→程序性→掉电D．通路错→程序性→I/O→重新启动10．多端口存储器适合于连接（ C ）A．机数很多的多处理机B．机数可变的多处理机C．紧耦合多处理机D．松耦合多处理机11．关于归约机的描述正确的是（ B ）A．归约机不是基于数据流的计算模型B．归约机采用需求驱动，执行的操作序列取决于对数据的需求C．归约机不是以函数式语言为机器语言D．归约机采是Von Neumann型计算机12．关于静态流水线的描述正确的是（ A ）A．某一时间内各段只能按一种功能联接流水的多功能流水线B．功能固定的流水线C．各段之间的连接是固定不变D．某一时间内可执行多种功能13．多处理机机间互连采用总线形式的优点是（ A ）A．结构简单、造价低、可扩充性好B．适用于处理机机数较多的场合C．系统增减模块不方便D．没有访问公用总线的冲突14．位片处理是指计算机采用___________方式对数据进行处理。
第6章分布式共享存储-PPT文档资料
5
DSM的很多研究工作都受到了多处理机结构 发展的启发! 首先比较几种共享存储器（内存）的多处理机
6
芯片存储器
CPU与存储器连接模型
单片机 理想的共享存储器多处理机
7
Pentium D with 975X Chipset
Core 0 L2 Cache (for Core 0) Core 1 L2 Cache (for Core 1)
16
基于环的多处理机
没有集中式全局存储器 耦合得较松一些
CPU CPU CPU CPU
CPU (a)
CPU
有效位 互斥位 属主位 MMU 缓存 属主存 储器 中断位
块
定位位
CPU 私有存储器 (b)
0 1 2 3 4 ≈ (c) ≈
17
(a)Memnet环 (b)单一主机 (c)块表
交换式多处理机
8
6 USB 2.0 High-Definition Audio 6 PCI Express x1 Intel Pro 1000 LAN
基于总线的多处理机
1. 2.
多处理器结构 带缓存的多处理器结构 总线仲裁机制：集中式和非集中式
CPU 总线 (a)
CPU
CPU
CPU 缓存
CPU
CPU
缓存
缓存
11
缓存拥有权（ownership）协议
多个CPU可有读拥有权 只有一个CPU有写拥有权 当一个CPU写一个数据 – 取得对该数据的拥有权 – 其它CPU将该数据的缓存块置为“invalid” – 在本地缓存块中，写数据，并置为“dirty” – 适当时候，刷新存储区，或提供给其它CPU
年国家开放大学电大《操作系统》复习题2022
年国家开放大学电大《操作系统》复习题2022《操作系统网考期末复习题>>一、选择题（选择一个正确答案的代码填入括号中）1．A-按照所起的作用和需要的运行环境，操作系统属于()。
B．系统软件2.C-操作系统是通过()来对文件进行编排、增删、维护和检索。
A．按名存取3.C-存放在磁盘上的文件()。
A.既可随机访问，又可顺序访问4.C-采用SPOOLing技术的目的是()。
B．提高独占设备的利用率5．CPU的处理速度远远高于打印机的打印速度，为了解决这一矛盾，可采用()A.缓冲技术6．C-操作系统中利用信号量和P、V操作，()。
C．可实现进程的互斥和同步7.F-分布式操作系统与网络操作系统本质上的不同在于()。
D．系统中若干台计算机相互协作完成同一任务8．J-进程控制块是描述进程状态和特性的数据结构，一个进程()。
D．只能有唯一的进程控制块9．J-进程状态从就绪态到运行态的转化工作是由()。
D．程序是静态概念，进程是动态概念11．M-某进程由于需要从磁盘上读人数据而处于阻塞状态。
当系统完成了所需的读盘操作后，此时该进程的状态将()。
D．从阻塞变为就绪12.Q-嵌入式操作系统的最大特点是()。
C．可定制性13．R-如果信号量S的值是O，此时进程A执行P(S)操作，那么，进程A会()。
C．进入阻塞态，让出CPU14.S-数据库文件的逻辑结构形式是()。
B．记录式文件15.S-设备的打开、关闭、读、写等操作是由()完成的。
C．设备驱动程序16.S-设备独立性是指()。
C．用户程序使用的设备与实际使用哪台设备无关的一种特性17．S-实时操作系统追求的目标是()。
C．快速响应18.SPOOLing技术可以实现设备的()分配。
C．虚拟19．UNIX系统中进程调度算法采用()。
D．多级反馈队列法20．W-为用户分配主存空间，保护主存中的程序和数据不被破坏，提高主存空间的利用率。
这属于操作系统的( )功能。
多处理机new
1. 二维数组的无冲突访问存储器 • 要求：一个n×n的二维数组，按行、列、对 角线和反对角线访问，并且在不同的变址位 移量情况下，都能实现无冲突访问。 • 顺序存储：按行、对角线访问没有冲突，但 按列访问每次冲突
0 号体 体内地址 0 1 2 3
2012年8月15日星期三
1 号体
2 号体
3 号体
16
3. 二维数组的无冲突访问存储方案(之二) • 规则：对于任意一个n×n的数组，如果能够 找到满足n＝22P关系的任意自然数p，则这个 二维数组就能够使用n个并行存储体实现按行、 列、对角线和反对角线的无冲突访问。 • 4×4数组用4个存储体的无访问冲突存储方案
0 号体 体内地址 0 1 2 3
或(SSM,Scalable Shared-Memory)
物理上分离的多个存储器可作为一个逻辑上共享的 存储空间进行编址.
• 通信机制:可利用Load和Store指令中的地址隐 含地进行数据通信. 2.多计算机(multicomputers)
整个地址空间由多个独立的地址空间构成,它们在逻 辑上是独立的,远程的处理器不能对其直接寻址.
2012年8月15日星期三 计算机系统结构 第九章 多处理机 18
7.2.1.2 多处理机的Cache一致性
1. Cache不一致性原因
• 在并行处理机和多处理机系统中，采用局部 Cache会引起Cache与共享存储器之间的一致 性问题。 • 出现不一致性问题的原因有三个： 共享可写的数据、进程迁移、I/O传输
第七章 多处理机
• 多处理机定义： 两个或两个以上处理机(包括PU和CU)，通 过高速互连网络连接起来，在统一的操作 系统管理下，实现指令以上级（任务级、 作业级）并行。 • 按照Flynn分类法，多处理机系统属于 MIMD计算机 • 研究多处理机的目的：提前10年得到性能 高100倍的高性能计算机系统。
多处理机系统
量减少并行程序的执行时间。
2. 多处理机调度方式
确定性调度：在调度之前必须知道所有有关信息，例如每个任务的执行时间 和任务间的依赖关系，以便合理地把任务分派到处理机。 不确定性调度：根据任务运行的动态行为，将任务分配到特定的处理机上。
3. 调度性能评价
评价多处理机调度性能的参数有： 任务流时间 ：完成任务所需要的时间
2.独立监督式
独立监督式中，每一个处理机均有各自的管理程序(核心)。
3.浮动监督式
每次只有一台处理机作为执行全面管理功能的“主处理机”，但根 据需要，“主处理机”是可浮动的，即从一台切换到另一台处理机。
多处理机系统控制
多处理机调度
1.什么是多处理机调度
将作业或任务分配给指定的处理机，并要求在指定的时间内完成。调度算 法的一般目标是：使用最少的处理机、在最短的时间内完成并行程序的执 行任务。在处理机器数目固定时，要改进处理机分配和进程调度算法，尽
I／O操作
Cache中的内容可能与由I／O子系统输入输出形成的存储 器对应部分的内容不同。
共享数据
不同处理器的Cache都保存有对应存储器单元的内容。
存储器的一致性
如果对某个数据项的任何读操作均可得到其最新写入的值，
则认为这个存储系统是一致的 需满足以下条件 ① 处理器P对X进行一次写之后又对X进行读，读和写之间没有
存储器
I/O 系统
多个处理器共享一个存储器 当处理器规模较小时，这种机器十分经济 支持对共享数据和私有数据的cache缓存 私有数据供一个单独的处理器使用，而共享数据供多个处 理器使用
共享数据进入cache ，产生一个新的问题
Cache一致性问题！
多处理机cache的一致性
并行计算机系统结构
并⾏计算机系统结构
并⾏计算机系统结构
1. 并⾏计算机结构模型
1. 单指令流多数据流机SIMD(Single Instruction Multiple Data)；
2. 并⾏向量计算机PVP(Parallel Vector Processor)；
3. 对称多处理机SMP(Symmetric MultiProcessor)；
4. ⼤规模并⾏处理机MPP(Massively Parallel Processor)；
5. 分布式共享存储DSM(Distributed Shared Memory)
6. 多处理机和⼯作站机群COW(Cluster Of Workstation)（现在常称之为机群）。
1. 并⾏计算机访存模型
1. UMA（Uniform Memory Access）模型是均匀存储访问模型的简称。
2. NUMA(Nonuniform Memory Access)模型是⾮均匀存储访问模型的简称。
3. COMA(Cache-Only Memory Access)模型是全⾼速缓存存储访问的简称。
4. CC-NUMA（Coherent-Cache Nonuniform Memory Access）模型是⾼速缓存⼀致性⾮均匀存储访问模型的简称。
5. NORMA（No-Remote Memory Access）模型是⾮远程存储访问模型的简称。
2335自考《网络操作系统》最完整的学习笔记详解
第一章网络操作系统引论1. ①操作系统的定义：操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织工作流程以及方便用户的程序集合。
②现代操作系统的基本特征：1、并发性2、共享性3、虚拟性4、不确定性2.操作系统在计算机系统中处于何种地位：是硬件层的第一次扩充，是计算机系统软件的重要组成部分。
计算机系统的层次结构：硬件层—操作系统层—语言处理程序层—应用程序层。
操作系统的作用：提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力，充分发挥系统资源的利用率，方便用户使用。
3.多道程序设计的硬件基础：①中断系统②通道技术③CPU与通道的通信4.①多道程序设计的基本原理：多道程序设计的主要目的是充分利用系统中所有资源且尽可能地让它们并行操作。
采用通道技术后使CPU从繁琐的I/O操作中解放出来，它不仅能实现CPU与通道并行工作，而且也能实现通道与通道之间、各通道与外设之间的并行。
②多道程序设计的主要特点：①多道②宏观上并行③微观上串行。
5.实现多道程序设计要解决的几个问题：①存储保护和地址重定位。
（几道程序共享同一主存）②处理机的管理和调度。
（共享同一处理机）③资源的管理与分配。
（共享系统资源）6. 虚拟处理机：逻辑上的处理机称为虚拟处理机。
虚拟计算机：在一台计算机上配置操作系统后，比原来的计算机的功能增强了。
这种是概念上的、逻辑上的计算机，而不是真正的物理计算机，这样的计算机称为虚拟计算机。
7.处理机的运行现场：就是指处理机在执行程序过程中任一时刻的状态信息的集合。
处理机运行现场包括的内容：①指令计数器（程序计数器）②程序状态寄存器③通用寄存器④特殊控制寄存器。
处理机的运行状态有两种：核心态（00）和用户态（11）。
程序分为系统程序和用户程序。
程序状态分为三种：①就绪②运行③阻塞。
程序状态的作用：程序状态可以互相转换，便于处理机按照某种规则进行调度。
8. 访管指令、特权指令、系统调用之间的区别和联系：9.①系统调用：用户在程序中能用访管指令调用的，由操作系统提供的子功能集合，其中每一个子功能称为一个系统调用命令。
体系结构试题及答案
一．名词解释计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。
同构型多处理机系统：由多个同类型或至少担负同等功能的处理机组成，它们同时处理同一作业中能并行执行的多个任务。
堆栈型机器：CPU 中存储操作数的单元是堆栈的机器。
累加器型机器：CPU 中存储操作数的单元是累加器的机器。
通用寄存器型机器：CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。
数据相关：考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果下述条件之一成立，则称指令j与指令i数据相关：（1）指令j使用指令i产生的结果；（2）指令j与指令k数据相关，而指令k又与指令i数据相关。
定向：用来解决写后读冲突的。
在发生写后读相关的情况下，在计算结果尚未出来之前，后面等待使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。
如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停顿。
向量处理机：指令级并行：简称ILP。
是指指令之间存在的一种并行性，利用它，计算机可以并行执行两条或两条以上的指令。
指令的动态调度：是指在保持数据流和异常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺序进行重新安排，以提高流水线的利用率且减少停顿现象。
是由硬件在程序实际运行时实施的。
指令的静态调度：是指依靠编译器对代码进行静态调度，以减少相关和冲突。
它不是在程序执行的过程中、而是在编译期间进行代码调度和优化的。
失效率：CPU访存时，在一级存储器中找不到所需信息的概率。
失效开销：CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。
强制性失效：当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。
容量失效：如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。