多处理器计算机结构：趋势与挑战

计算机体系结构是信息技术的核心组成部分，特别是高级计算机体系结构的研究，对于深入理解计算机性能提升和系统设计具有重要意义。本章主要探讨了多处理器计算机结构，这是当前和未来计算机技术发展的重要趋势。 首先，章节开篇提出了关于单处理器和多处理器的争论。有人认为，随着微处理器技术的进步，单处理器依然有其前景，1985-1995年间其速度提升显著。然而，持相反观点的人则强调单处理器的局限性，认为未来的增长潜力受限，尤其是在面对日益复杂的多发射处理器时。他们主张通过将多个微处理器连接起来形成并行机，这是一种经济且潜在有效的解决方案，尽管并非立即可行。 并行计算机的优势在于可以同时处理多个任务，从而提高整体性能。然而，实际推广并行计算面临的主要挑战是软件层面的问题，尽管这方面的进展虽然缓慢但持续进行。作者认为，微处理器的速度增益将持续到下一个世纪，但当增长放缓后，多处理器系统结构将更具吸引力。 介绍多处理器系统结构时，由于其复杂性和不断变化的创新趋势，不可能全面涵盖所有细节。作者倾向于聚焦于中、小型规模的多处理器，也就是处理器数量小于100的系统，这些设计更符合实际应用和市场接受度。对于大规模并行机（处理器数超过100），由于未来系统结构尚未明确，且市场不确定性较大，这部分内容只进行了简要提及。 多处理器系统结构的分类，如Flynn提出的指令和数据流并行性模型，是理解不同设计的关键。SISD代表单指令单数据，适用于传统的单处理器架构。SIMD则是单指令多数据，每个处理器有自己的数据存储，常见于专用处理器。MISD是一个理论概念，未实现且无商业化产品，但有可能在未来的某一天实现。最后，MIMD允许每个处理器独立执行自己的指令，提供更高的灵活性。 计算机体系结构中的多处理器部分，不仅关注硬件的集成，也关注软件的协同工作。理解这些设计原则和分类，有助于我们预测和设计适应未来需求的高效计算机系统。随着技术的发展，对多处理器体系结构的研究将持续深入，以应对不断增长的计算需求和挑战。