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自考《计算机系统结构》问答题总结(7)

2006-12-18 09:25   【 】【我要纠错

  第七章

  1、简述紧耦合和松耦合的多机系统结构

  各处理机之间通过互连网络共享主存的紧耦合多处理机。紧耦合系统由P台处理机,m个存储器模块,d个I/O通道和3个互连网络构成。处理机-存储器网络实现处理机与各存储模块的连接。处理机中断信号网络实现多处理机之间的互连。处理机-I/O互连网络实现处理机与外设的连接。每个处理机可自带局部存储器,也可自带Cache.存储器模块可采用流水工作方式。紧耦合系统多用于并行作业中的多任务,一般处理机是同构的。

  各处理机间通过共享I/O子系统、通道或通信线路实现机间通信,不共享主存的是松耦合系统。松散耦合多处理机由P个处理机,一个通道,一个仲裁开关和消息传送系统。每个处理机带有一个局部存储器和一组I/O设备。在仲裁开关的通道中有高速通信存储,用来缓冲传送的信息块。松散耦合多处理机较适合粗粒度的并行计算。

  2、简述对树形结构进行变换的过程

  首先利用交换律把相同的运算集中在一起。然后利用结合律把参加这些运算的操作数配对,尽可能并行运算,从而组成树高最小的子树。最后再把这些子树结合起来,用分配律进一步降低树高。

  3、试比较3种类型的多处理机操作系统

  主从型:管理程序只在一台处理机上运行。硬件结构简单,控制简单,但对主机可靠性要求高,灵活性差。为目前大多数多处理机操作系统采用,工作负荷固定,从处理机能力明显低于主处理机,或由功能差别大的多个处理机组成的异构型系统。

  各自独立型:控制分散到多台处理机,共同完成对整个系统的控制工作。适合分布计算模式,对主机依赖性差,可靠性高;但实现复杂,共享表格访问冲突,处理机负荷平衡较困难。适用于松耦合处理机系统。

  浮动型:管理程序在处理机间浮动。灵活性高,但发生访问表格冲突,设计较困难。适合紧耦合多处理机系统,特别是共享主存和I/O子系统的同构多处理机系统。

  4、比较多处理机系统中数据相关的处理方式

  并行 顺序串行 交换串行

  “先读后写” 可以(有条件) 可以 不可以

  “写-写” 可以(有条件) 可以 不可以

  “先写后读” 不允许 可以 特殊情况可以

  “先读后写”和“先写后读” 必须 不允许 不允许

  无任何相关 可以 可以 可以

  5、多处理机系统与并行处理机的主要差别是什么?多处理机系统主要解决的技术问题是什么?

  有差别的原因是并行性等级不同,多处理机系统是任务级并行,并行处理机是操作级并行。具体讲:

  1)结构灵活性不同。

  2)程序并行性等级不同。软硬件支持不同。

  3)并行任务派生的方式不同。并行处理机能否并行工作由指令决定;多处理机必须有专门指令指明程序段能否并行执行,派生的任务数是动态变化的。

  4)进程同步。并行处理机工作同步是自然的,而多处理机必须采取同步措施。

  5)资源分配和任务调度,多处理机比并行处理机任务调度复杂。

  多处理机必须解决的技术问题:

  1)硬件结构上多处理机、主存、I/O子系统之间应有高带宽、低价格、灵活无规则的互连,尽可能不发生信息传送的路径冲突。

  2)从并行语言、并行算法、编译等上,最大限度地开发出程序的并行性,实现多处理机各级的全面并行。

  3)大的任务如何细分成多个子任务、任务的粒度选择。

  4)从操作系统上解决好多处理机间、并行任务的分配、调度和资源分配;任务或进程间的同步死锁和竞争等问题的解决。

  5)系统的重组及良好的编程环境。

  6、简述JOIN语句和FORK语句的基本功能。

  FORK m的功能:

  1)准备好新进程启动和执行的必须信息。

  2)将空闲处理机分配给派生的新进程,若没有,则排队等待。

  3)继续在原处理机上执行FORK m语句的原进程。

  JOIN n的功能:

  1)JOIN语句将计数器初始化为0;

  2)执行一次JOIN语句,计数器+1,并与n比较。

  3)若相等,则允许进程通过JOIN语句,计数器清0,进程继续执行。

  4)若不相等,则执行JOIN语句的进程结束,释放处理机。

  7、试比较机间互连的几种形式。

  总线形式:处理机与外部存储器模块通过总线相连。结构简单、成本低、扩展性好;但总线失效敏感,存在总线争用。适合处理机较少、系统信息流量少、机数可扩充情况。

  环形互连:各处理机点点相加成环。结构简单、成本低、不争用总线;但信息传输有延迟。适合处理机较少、使用高宽带的光纤通信、系统流量高、机数可扩充的情况。

  交叉开关:用纵横开关阵列将存储器模块、I/O通道相连。不争用开关;但开关阵列复杂,设备量较大。适合处理机数较多(但不超过16)、系统流量大、处理机数可扩充的情况。

  多端口存储器:将交叉开关移到存储器接口中。不争用总线,但存储器接口复杂,较难控制。适合处理机数少、不能扩充(一般是2台),系统流量高的情况。

  开关枢纽结构:把交叉开关设置在各处理机或接口内部。所有开关枢纽数量少,可用较短路径与处理机连接;但开关枢纽较复杂。适合处理机数多、可扩充、分布结构情况。

  8、多处理机在结构与并行性方面与阵列处理机有什么不同?

  结构方面:阵列处理机的互连较规整,有一定专用性,互连的处理单元数量大;多处理机要采用更灵活多变的结构,实现复杂的互连模式,互连的处理机数量少。

  并行性方面:阵列处理机是操作级并行,是并行性的同时性;多处理机是作业、程序、任务级的并行,同时包含指令内部操作间的并行,是并行性的并发性。

  9、多处理机中的并行性表现在哪些方面?开发多处理机的并行性有哪些途径?

  多处理机主要实现作业之间、程序段之间、任务之间的并行,也可包含有指令级、指令内部各微操作之间的并行。

  多处理机的并行性可利用并行算法、并行程序设计语言、并行编译、并行操作系统以及指令硬件等多种途径来开发和实现。

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