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自考《计算机系统结构》问答题总结(6)

2006-12-18 09:24   【 】【我要纠错

  第六章

  1、试分析阵列处理机特点

  (1)阵列处理机提高速度是利用资源重复,利用并行性中的同时性;

  (2)处理单元同等地担负起各种运算,其设备利用率可能不那么高;

  (3)速度提高在硬件价格大幅度下降情况下,潜力巨大;

  (4)互连网络对系统性能影响显著;

  (5)互连网络使阵列处理机比固定结构的单功能流水线灵活;

  (6)阵列处理机结构和所采用并行算法紧密联系;

  (7)阵列处理机还必须提高标量处理速度。

  总之,阵列处理机实质上是专门对付数组运算的处理单元阵列组成的处理机、专门从事处理单元阵列控制及标量处理的处理机和专门从事输入输出及操作系统管理的处理机组成的一个异构型多处理机系统。

  2、试比较阵列机的两种基本形式

  (1)分布式存储器阵列机。a、各处理单元PE有局部存储器,被分布数据只能被本处理单元直接访问。b、在控制部件CU内有主存储器。运行时所有指令都在CU中,只把适合并行处理的“向量类”指令播给各PE,并控制各PE并行执行。c、各PE可通过互连网ICN交换数据。d、PE通过CU连到管理处理机SC上,用于管理系统资源。

  (2)集中式共享存储器阵列机。a、K个存储体集中组成,经互连网络为全部N个处理单元共享。其中K等于数据处理单元数。b、互连网用于处理单元与存储分体之间进行转接构成数据通路。

  3、试比较多级互连的几种网络

  ATRAN——拓扑结构:第I级交换单元处于交换方式时,实现Cubei;控制方式:级控制分级控制;交换单元:二功能交换单元。

  间接二进制N方体——拓扑结构:第I级交换单元处于交换方式时,实现Cubei;控制方式:单元控制;交换单元:二功能交换单元。

  多级混洗omega——拓扑结构:每一级有一个全混拓扑和一列四功能交换单元;控制方式:单元控制;交换单元:四功能交换单元。

  多级PM2I——拓扑结构:每级按PM2I连接;控制方式:级控制或单元控制;交换单元:二功能交换单元。

  全排列Benes——拓扑结构:三维立方体多级网络与它的逆网络连在一起,省去中间重复一级;控制方式:单元控制;交换单元:二功能交换单元。

  4、试说明间接二进制n方体网络是阻塞式网络

  N个端要实现任意排列,应有N!种。

  而单元控制的N=lnN/ln2级间接二进制方体网络中,每级有N/2个开关,N级互连网交换开关总数为(NlnN/ln2)/2.

  要实现入、出端的一一映射,每个开关只能取直接或交换两种功能。

  所以开关状态总共有2^[(NlnN/ln2)/2],即N^(N/2)种。

  当N>2时,N^(N/2)

  所以它无法表示所有N!排列,所以当多个入出端同时连接时可能发生冲突,即间接二进制N方体网络是阻塞式网络。

  5、试比较互连网动态拓扑结构的两种形式

  动态单极网络指网络只有有限几个连接,必须经循环多次通过,才能实现任意两个处理单元之间的信息传送。节省设备,但通过时间长,对网络控制要求高。

  动态多极网络指由多个动态单极网络串联组成的网络。通过时间短,灵活性好,可利用不同单极互连网络组合成有不同特征和连接模式的多级互连网络。缺点是:增加设备和成本。

  6、试比较单级互连的几种函数

  Cube

  相连的2个处理单元其二进制编号只有一位不同。Cubei,其第i位取反。有logN(以2为底,下同)种函数,任意两点最大距离是logN,最多使用logN次函数可实现任意入出端连接,可逆。

  PM2I

  J号处理单元直接连接的结点是J±2^i(0≤i≤logN-1)。PM2±i(j)=j±2^i(0≤i≤logN-1,0≤j≤N-1.有2logN-1种函数,任意两点最大距离是N/2,最多使用2次函数可实现任意端连接,可逆。

  混洗

  每个结点连到另一个二进制结点最低位是其最高位的结点。Shuffer(Pn-1……P1P0)=Pn-2……P1P0Pn-1.有2种函数,任意两点最大距离是2logN-1,最多使用2logN-1次函数可实现任意入出端的连接,不可逆。

  7、单指令流多数据流的并行处理机在系统组成上应包含哪些部分和功能?

  重复设置大量的处理单元用规整灵活的互连函数互连,组成处理单元阵列;

  用专门的并行算法对数组、向量中的元素进行并行处理;

  用一台高性能处理机来进行标量处理和控制互连网络的连接;

  用一台管理处理机来运行系统程序和输入输出任务。

  8、什么是全排列网络?实现全排列网络有哪两种方法?

  可实现N个入端的所有N!种排列的网络称全排列网络,即N个端所有一到一的传送都不会发生传送路径使用冲突的互连网络。

  实现全排列网络的出方法有:

  在多级互连网络的输出端设置锁存器,使输出端的数据再一次通过多级互连网络;

  将两个多级互连网络,即一个正网络和一个逆网络串接起来,合并掉中间的一级,组成2logN-1级的多级网络。

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