多处理机体系结构：从SISD到MIMD

"计算机体系结构（张晨曦精品课程）课件" 计算机体系结构是研究计算机硬件系统设计的学科，而多处理机是这一领域的一个重要主题。第七章"多处理机"主要探讨了如何通过多处理器实现并行计算，以提高系统的性能和效率。 7.1 引言部分提到了并行计算机体系结构的分类，根据Flynn分类法，可分为四种类型：SISD（单指令流单数据流）、SIMD（单指令流多数据流）、MISD（多指令流单数据流）和MIMD（多指令流多数据流）。在实际应用中，MIMD由于其灵活性和能充分利用商品化微处理器的优势，已成为通用多处理机体系结构的首选。 接着，章节深入讨论了MIMD的两种主要实现形式： 1. 集中式共享存储器结构，如SMP（Symmetric shared-memory MultiProcessor）和UMA（Uniform Memory Access），其中所有处理器共享同一存储空间，但这也意味着处理器之间的通信和访问延迟可能会增加。 2. 分布式存储器结构，每个节点包含处理器、存储器和I/O，这样的结构更利于扩展，并且在某些场景下能提供更低的局部存储器访问延迟。然而，它的缺点在于复杂的通信机制和对高带宽互连的需求。 7.1.2 节中介绍了通信模型和存储器结构模型。分布式共享存储器结构（DSM）和可缩放共享存储器结构（SSM）是物理上分离但逻辑上共享的存储空间，而NUMA（Non-Uniform Memory Access）则表示地址空间的组织方式，其中远程处理器访问内存可能有不同延迟。 另一种模型是独立的地址空间，每个处理器-存储器模块被视为单独的计算机，它们不直接共享内存，这种机器通常被称为多计算机，每个处理器通过特定的通信机制来交互。 这部分课程内容涵盖了多处理机体系结构的基础概念、分类、优缺点以及通信模型，为理解和设计并行计算系统提供了基础。这些知识对于理解现代高性能计算、云计算和数据中心架构至关重要。