1. 资源重复配备
本章主要教学内容,包括输入输出设备,输入输出接口,计算机中的总线这样3部分。从提高这些部件运行性能考虑,最简单的办法是采用资源重复配备的方案。为了使用不同处理功能的输入输出设备,就要通过多个接口线路,把它们同时连接到计算机系统中,并且通过程序中断方式和直接存储器访问方式,尽可能地使这些设备在各自的最高运行性能情况下,并发地与主机系统完成信息传送;若一台设备,例如打印机,不能满足用户的打印需求,可以同时接入多台打印机设备,单位时间内就可以打印出更多的文字。第2章介绍过的多ALU部件,第4章介绍过的多体交叉的存储器,磁盘阵列技术,本章介绍的计算机中的多总线结构,尚未说明过的多处理机系统,多计算机系统,基本都属于这一技术范畴。资源重复配备的目标,是使用多个相同或不同的部件、设备甚至计算机系统,使它们协同运行,以更高的性能共同解决同一个问题。
2. 信息安全保障问题
从计算机硬件系统考虑,提高系统的可靠性的重要手段是采用冗余技术。例如第2章介绍的检错纠错码,第4章介绍过的磁盘阵列技术,本章中介绍的接口和设备等也可以实现容错处理,尚未说明过的多处理机系统,多计算机系统都可以兼顾容错的需求。
3. 多处理机系统和多计算机系统
在第3章,已经介绍过指令流水的概念和实现中的有关问题,它更多的强调使计算机的各个专用部件尽可能地并发运行,使它们完成各自功能时在时间上更多的重叠起来,以提高指令的执行速度。很显然,完成指令流水的流水线也可以有多条,可以使能够并行执行的指令并行地在多条流水线中加以执行,这被称为超标量的体系结构。如果被处理的问题和使用的数据满足某些条件,即要在同一时间对不同的数据集合完成相同的运算时,也可以采用另外的一种加速指令执行速度的方案,例如阵列处理器和向量处理器方案。阵列处理器是由许多在不同数据集合上执行同样指令序列、完成同样功能的处理器组成;向量处理器同样是用于处理阵列数据,但它的所有加运算都由一个单独的高度流水的加法器实现,并使用向量寄存器的概念。阵列处理器的所有处理单元并不真正独立,它们要共享使用一个控制器部件。
为了进一步提高系统的处理性能,可以实现多处理机系统,即在同一台计算机系统中配置多个CPU,把多个CPU接插到同一条总线上,让它们协同运行,共同承担同一个处理任务。若多个CPU使用同一个内存储器,被称为紧密耦合系统;若每个CPU还使用自有的一个内存储器,被称为松散耦合系统。若每个CPU可以完成完全相同的处理功能,被称为对称的多处理机系统,否则被称为非对称的多处理机系统。实现多处理机系统,不是简单地把多个CPU安排在一起即可,要解决协调处理中断,访问存储器的冲突和性能等问题,还有任务分配和调度等等。
为了更进一步提高系统的处理性能,还可以实现多计算机系统,即把多台计算机系统经过网络相互连接起来,在它们之间通过互相发送消息进行高速通信,协同地运行以处理同一个问题。
上述内容只是简单地提一下,更详细的知识要到计算机系统结构课程中学习。
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