并行处理机和多处理机系统的概念、并行处理机与多处理机系统的区别、多处理机运行过程。 多处理机性能模型 SIMD 计算机的概念 SIMD 计算机处理任务的性能计算。 并行处理机与多处理机系统的区别： §并行处理机的并行性在于指令内部，而多处理机的并行性在于指令外部。 §并行处理机把同种操作集中在一起，由指令直接启动各个PE同时工作。多处理机用专门的指令来表示并发关系，一个任务开始执行时能够派生出与它同时执行的另一些任务，如果任务数多于处理机数，多余的任务进入排队器等待。 §并行处理机只有一个CU，自然同步。多处理机执行时间可能互不相同它们的工作进度不会也不必保持相同。 多处理机性能模型： 当多处理机系统以峰值速度运行时，所有处理机都在做着有用的工作，没有一台处理机处于空闲状态。N台处理机对系统性能都有贡献，系统的处理速度随N的增加而增加。但以下原因引起系统不能达到峰值性能： …… ( 请复习教材347 页) 典型例子：试在含一个PE 的SISD 机和在含8 个PE 的且连接成一个线性环的SIMD 机上计算 假定完成每个加法用30ns ，乘法50ns ，沿双向环在相邻PE 间移数需要10ns 。 （ 1 ）SISD 计算机上计算S 需要多少时间？ （ 2 ）SIMD 计算机上计算S 需要多少时间？ （ 3 ）SIMD 上计算S 相对于SISD 计算机的加速比是多少？ 解：(1) 在SISD 机上，无需移数，所有运算是串行的，需要8 次加法，7 次乘法，因此：T0=8x30+7x50=590ns
(2) 在SIMD 机上，首先将8 个加法分配到8 个处理机上，然后在4 个处理机上执行4 次乘法，需移数1 次（ 4 个处理机同时），然后再执行 2 次乘法，需移数2 次（同时），最后再执行一次乘法（移数 4 次），因此所需https://www.doczj.com/doc/6918394434.html, T8=1x30+3x50+(1+2+4)x10=250ns (3) 加速比S=T0/T8=590/250=2.36 在SIMD 上计算过程说明如下： 1 ：在8 个PE 上执行加法，结果在8 个PE 中 2 ：在PE2 、PE4 、PE6 、PE8 上执行乘，需要将PE1 、PE 3 、PE5 、PE7 的运算结果分别移到PE2 、PE 4 、PE6 、PE8 3 ：在PE 4 、PE8 上执行乘法，需要将PE2 、PE6 的运算结果分别移到PE4 、PE8 4 ：在PE8 上执行一次乘法，需要将PE4 的运算结果移到PE8 。 最后运算结果在PE8 上。
第五章设备管理 1、试说明设备控制器的组成。P163 答：设备控制器的组成由设置控制器与处理机的接口；设备控制器与设备的接口；I/O 逻辑。 2、为了实现CPU与设备控制器间的通信，设备控制器应具备哪些功能？P162-P163 答：基本功能：接收和识别命令；数据交换；标识和报告设备的状态；地址识别；数据缓冲；差错控制。 3、什么是字节多路通道？什么是数组选择通道和数组多路通道？P164-P165 答：1、字节多路通道：这是一种按字节交叉方式工作的通道。它通常都含有许多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每个子通道连接一台I/O 设备，并控制该设备的I/O 操作。这些子通道按时间片轮转方式共享主通道。只要字节多路通道扫描每个子通道的速率足够快，而连接到子通道上的设备的速率不是太高时，便不致丢失信息。2、数组选择通道：字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方式进行数据传送的数组选择通道的形成。3、数组多路通道：数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许一个设备数据。数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道（设备）分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。它含有多个非分配型子通道，因而这种通道既具有很多高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。 4、如何解决因通道不足而产生的瓶颈问题？P166 答：解决“瓶颈”问题的最有效的方法，便是增加设备到主机间的通路而不增加通道，就是把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又连接到多个通道上。多通路方式不仅解决了“瓶颈”问题。而且提高了系统的可靠性，因为个别通道或控制器的故障不会使设备和存储器之间没有通路。 5、试对VESA及PCI两种总线进行比较。P167 答：1、VESA 该总线的设计思想是以低价位迅速点领市场。VESA 总线的带宽为32 位，最高传输速率为132Mb/s。VESA 总线仍存在较严重的缺点，它所能连接的设备数仅为2—4 台，在控制器中无缓冲，故难于适应处理器速度的不断提高，也不能支持后来出现的Pentium 微机。2、PC 随着Pentium 系列芯片的推出，PCI 在CPU 和外设间插入一复杂的管理层，用于协调数据传输和提供一致的接口。在管理层中配有数据缓冲，通过该缓冲可将线路的驱动能力放大，使PCI 最多能支持10 种外设，并使高时钟频率的CPU 能很好地运行，最大传输速率可达132Mb/s。PCI 即可连接ISA、EISA 等传统型总线，又可支持Pentium 的64 位系统，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。 6、试说明推动I/O控制发展的主要因素是什么？P167 答：在I/O 控制方式的整个发展过程中，始终贯穿着这样一条宗旨，即尽量减少主机对I/O 控制的干预，把主机从繁杂的I/O 控制事务中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。 7、有哪几种I/O控制方式？各适用于何种场合？P167-P170 答：1、程序I/O 方式：2、中断驱动I/O 控制方式：3、直接存储器访问（DMA）4、I/O 通道控制方式： 8、试说明DMA的工程流程。P170图要画 答：当CPU 要从磁盘读入一数据块时，便向磁盘控制器发送一条读命令。该命令被送到其中的命令寄存器（CR）中。同时，还须发送本次要将数据读入的内存起
第五章习题 一、选择题 1、在一般大型计算机系统中，主机对外设的控制可通过通道、控制器和设备三个层次来实现。从下述叙述中选出一条正确的叙述。（）（1）控制器可控制通道，设备在通道控制下工作； （2）通道控制控制器，设备在控制器控制下工作； （3）通道和控制器分别控制设备； （4）控制器控制通道和设备的工作。 2、从下面关于设备属性的叙述中，选择一条正确的论述。（）（1）字符设备的一个基本特征是可寻址的，即能指定输入时的原地址和输出时的目标地址；（2）共享设备是指在同一时刻允许多个进程同时访问的设备； （3）共享设备必须是可寻址的和随机访问的设备； （4）在分配共享设备和独占设备时，都可能引起进程死锁； 3、通道是一种特殊的（A），具有（B）能力。主机的CPU与通道可以并行工作，并通过（C）实现彼此之间的通信和同步。 A：（1）I/O设备；（2）设备控制器；（3）处理机；（4）I/O控制器 B：（1）执行I/O指令集；（2）执行CPU指令集；（3）传输I/O命令；（4）运行I/O进程C：（1）I/O指令；（2）I/O中断；（3）I/O指令和I/O 中断；（4）操作员 4、在I/O 设备控制的发展过程中，最主要的推动因素是（A）。提高I/O速度和设备利用率，在OS中主要依靠（B）功能。使用户所编制的程序与实际使用的物理设备无关是由（C）功能实现的。 A：（1）提高资源利用率；（2）提高系统吞吐量；（3）减少主机对I/O控制的干预； （4）提高CPU与I/O设备的并行操作吃呢高度 B，C：（1）设备分配；（2）缓冲管理；（3）设备管理；（4）设备独立性；（5）虚拟设备5、磁盘属于（A），其信息的存取是以（B）为单位的；磁盘的I/O控制主要采取（C）方式；打印机的I/O控制主要采取（D）方式。 A：（1）字符设备；（2）独占设备；（3）块设备；（4）虚拟设备 B：（1）位（bit）（2）字节（3）帧（4）固定长数据块 C、D：（1）程序I/O方式；（2）程序终端；（3）DMA；（4）Spooling 6、在程序I/O方式中，对于输出设备，准备就绪是指（A）。 A：（1）输出缓冲区已空；（2）输出缓冲区已有数据；（3）输出设备已开始工作； （4）输出设备已收到I/O指令 7、在利用RS-232接口进行通信时，其通道速率为9.6kb/s （b为bit）。如果在通信接口中仅设置了一个8位寄存器作为缓冲寄存器，这意味着大约每隔（A）的时间便要中断一次CPU，且要求CPU必须在（B）时间内予以响应。 A，B：（1）80μs （2）0.1ms ；（3）0.8ms ；（4）1ms ；（5）8ms 8、假定把磁盘上一个数据块中的信息输入到一单缓冲区中的时间T为100μs，将缓冲区中的数据传送到用户区的时间M为50μs,而CPU对这一块数据进行计算的时间C为50μs。这样，系统对每一块数据的处理时间为（A）;如果将单缓冲区改为双缓冲区，则系统对每一块数据的处理时间为（B）。 A,B：（1）50μs；（2）100μs；（3）150μs ；（4）200μs; (5)250μs 9、操作系统中采用缓冲技术的目的是为了增强系统（A）的能力；为了使多个进程能有效地同时处理输入和输出，最好使用（B）。 A：（1）串行操作；（2）并行操作；（3）控制操作；（4）中断操作
第 1 页 ( 共 8 页 ) 命题纸使用说明：1、字迹必须端正，以黑色碳素墨水书写在框线内，文字与图均不得剪贴，以保证“扫描”质量； 2、命题纸只作考试（测验）命题所用，不得移作他用。 大学 2003 ～ 2004 学年 秋 季学期试卷 课程名:计算机系统结构与并行处理(一) 学分：_4_ 学号：_______ 姓名：_________ 院：计算机学院 一．填充题： （每小题3分、共12分） 1．计算机系统结构定义是程序设计者所看到的计算机属性，即概念性，结构，功能性。 2．虚拟存储系统，辅存容量为228Byte ，主存容量为216Byte ，页面为1Kbyte ，则MEM 系统提供的程序空间有 218 页，对应实存空间 26 页，若采用组相联，则整个虚存应分为 212 区。 3．流水线结构的并行性是采用 时间重迭 的技术途径。 4．在系统结构中，程序访问局部化性质应用于 cache ， 流水线， 虚拟存储器 等方面。 二．简答题： （每小题4分、共24分） 1．简述系列机的概念。 先设计一种系统结构；按其设计它的系统软件； 按照器件状况和硬件技术，研究这种结构的各种实现方法； 按速度，价格等不同要求分别提供不同速度，不同配置的各档机器。 成 绩
第 2 页 ( 共 8 页 ) 2．存储器层次结构是怎样的？其容量、速度、价格是怎样分布的。 速度越来越快，价格越来越高寄存器组 cache 主存储器 辅助存储器 后援存储器 容量越来越 大 3．简述虚拟计算机概念。 计算机只对观察者而存在；功能体现在广义语言上；对该语言提供解释手段；作用在信息处理或控制对象上；简言之，是由软件实现的机器。 4．What is the policy of “write back” when writing to the cache? (answer in English) The information is written only to the block in the cache. The modified cache block is written to main memory only when it is replaced.
一、选择题 1、超标量处理机________ A)在一个时钟周期内分时发射多条指令B)只有一个操作部件 C)在一个时钟周期内同时发射多条指令D)只有一个取指部件 2、________属于MIMD系统结构。 A)各处理单元同时受同一个控制单元的管理 B)各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令 C)多处理机和多计算机 D)阵列处理机 3、按弗林(Flynn)提出的计算机系统分类方法，阵列处理机属于( ) A.SISD B.SIMD C.MISD D.MIMD 4、下列关于阵列处理机与流水线处理机特点的描述，不正确 ．．．的是( ) A.阵列处理机利用并行性中的同时性，而流水线处理机利用的是时间重叠 B.阵列处理机提高速度主要靠缩短时钟周期，流水线处理机主要靠增大处理单元数 C.阵列处理机使用互连网络来确定处理单元间的连接，而流水线处理机则不是 D.与流水线处理机不同，阵列处理机的结构是和所采用的并行算法紧密联系的 二、填空题 1、超标量处理机利用资源重复实现并行处理，超流水线处理则着重开发________________的并行性。 2、超长指令字(VLIW)结构是将_______和_______两者相结合。 3、与流水线处理机相比，阵列处理机利用的是____________，而不是时间重叠；利用并行性中的___________，而不是并发性。 4、并行处理机有两种基本结构：和。 5、衡量互连网络性能有两个主要指标：和。 三、名词解释 1、并行处理机 2、超标量处理机 3、超流水线处理机 四、简答题 1、画出具有集中式共享存储器的阵列处理机的基本构形。 P170
2、脉动阵列机的优、缺点？ P177 3、什么是系统结构中的互连网络？ P178 4、什么是互连网络的寻径算法？常见的有哪4中寻径方式？P187－188
多处理机系统介绍 随着用户计算需求的增长，多处理系统能够提供一个自然地、不断提高的升级途径。只要核心的用户程序能够提供线程级并行，给系统添加处理器，或者将较小的系统替换为较大的、包含更多处理器的系统，都能给用户提供一个直接增加计算能力的途径。其次，多处理机系统使系统供应商能够将单个微处理器的设计代价分摊到多种设计方案中，这些设计方案能够提供不同层次的性能和扩展能力。最后，使用一致共享存储器的多处理机系统能够提供与分时共享的但处理机兼容的编程模式，便于用户使用以前已经存在的应用程序，也便于开发新的应用程序。在这些系统中，硬件和操作系统软件综合起来提供给用户和程序员的功能界面，实际上是基于以下4点多处理机理想假设: 完全共享存储器即系统中所有处理机对所有物理存储器的访问都是平等的。 单位延迟即所有的访存请求都能在一个周期内满足。 无竞争即一个处理机的访存不会受到另一个处理机访存的影响。 写的瞬间船舶即某个处理机写存储器导致的更新立刻对所有的处理机可见。 系统及处理机的设计者必须努力使系统尽量接近这些理想假设，从而满足用户对于性能和正确性的要求。显然，在实现这些目标时，诸如造价以及可扩展性等因素起着重要作用，但是一个优秀的系统必须很好的满足这些假设。 完全共享存储器，单位延迟以及无竞争 诸如图9.4所示，大多数提供一致存储器访问（UMA，Uniform Memory Access）的传统共享存储器多处理机系统使用一种“dancehall”的组织结构，一组存储器模块或者存储体通过交叉开关互联网络与另一组处理机连接起来，并且每个处理机通过交叉开关访问存储器的延迟是相通的。这种方法的弊端在于交叉开关的价格，该价格会随着处理机和存储器的总数按平方增长，同时每次访存都必须穿过交叉开关，另一种方法是非一致存储访问(NUMA,Nonuniform Memory Access),许多系统供应商现在都按照这种方法构造系统，在这种方法中，处理机仍然通过一个交叉开关互联网络连接在一起，但是每个处理机有一个本地的存储器，它的访问延迟要低得多，在NUMA结构中，只有对远程存储器的访问才存在穿越交叉开关的延迟开销。 在UMA和NUMA系统中，与单处理机系统一样，都是通过cache来近似满足单位延迟的理想假设，cache能够同时满足对本地和远程存储器（NUMA）的访问，类似的，可以使用cache 对访存流量进行过滤减轻存储体之间的竞争。因此，对于在单处理机系统中不可缺少的cache，
多处理机操作系统 【摘要】本文通过对操作系统的发展对引入多操作系统的原因和采用多处理机操作系统的优点进行了阐述。分别对多处理机操作系统的三种模式类型分别就其工作原理和特点进行了详细说明。随后对多处理机操作系统的共享公用存储器的实现方法进行了阐述，即处理机和存储器的几种连接方式的优缺点和实现原理进行了说明。 【summary】In this paper, the development of the operating system into multiple operating systems on the causes and the use of the advantages of multiprocessor operating system has been described. Multiprocessor operating systems, respectively, for the three model types in respect of its working principle and characteristics are described in detail. Then the multi-processor operating system share a common memory implementation are described,The processor and memory advantages and disadvantages of several connections and implementation principles described 【关键词】多处理机操作系统、主从式(master-slave)、 独立监督式(separate supervisor) 浮动监督式(floating superviso)、公用存储器、 操作系统经过上个世纪60、70年代的发展，到了本世纪80年代已趋于成熟，随着VLSI和计算机体系结构的发展，操作系统随之发展，形成了多处理机操作系统、微机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统和嵌入式操作系统等。 从广义上说，多处理机操作系统，就是由多台计算机协同工作来完成所要求的任务的计算机系统操作系统。而传统的侠义上，多处理机系统的作用是利用系统内的多个CPU来并行执行用户的多个指令。这样做的优点有三。 第一、利用多个处理机提供在发生故障的情况下的冗余性，建立高度可靠的系统。 第二、将程序可以分成几个能作为进程独立执行的部分，减少程序执行的时间。 第三、通过并行执行多个用户程序，增加系统的吞吐量。 多个CPU在物理位置上处于同一机壳中，有一个单一的系统物理地址空间和每一个CPU均可访问系统内的所有存储器是其显著的特点。 引入多处理机系统的原因有以下三点： 1、增加系统的吞吐量 2、节省投资 3、提高系统的可靠性 多处理机操作系统的模式类型可分为三种： 1、主从式(master-slave)主从式操作系统即由一台主处理机记录、控制 其它从处理机的状态，并分配任务给从处理机。操作系统在主处理机 上运行，从处理机的请求通过陷入传送给主处理机，然后主处理机回 答并执行相应的服务操作。主从式操作系统的特点有如下几个特点： 1）：由于只有一个处理机访问执行表，所以不存在管理表格存取冲突 和访问阻塞问题。 2）：操作系统程序只在一台处理机上运行。
计算机与通信学院计算机系统结构论文 多处理机 作者：郭润牛 学号：082081203013 专业：计算机应用技术
多处理机 计算机应用技术 082081203013 郭润牛 一、前言 多处理机是具有两个以上的处理机，在操作系统控制下，通过共享的主存或输入输出子系统或高速通讯网络进行通讯。行控制技术、流水线技术、增加功能部件甚至多机技术、存储寻址和管理能力的扩充、功能分布的强化、各种互联网络的拓扑结构以及支持多道、多任务的软件技术等一系列并行处理技术，提高计算机处理速度，增强系统性能。多处理机体系结构是计算机体系结构发展中的一个重要内容，已成为并行计算机发展中人们最关注的结构。 使用多处理机主要出于两种考虑：一种是想利用多台处理机进行多任务处理，协同求解一个大而复杂的问题提高速度。另一种是想依靠冗余的处理机及其重组能力来提高系统的可靠性、适应性和可用性。因此，由于应用的目的和结构的不同，多处理机可以有同构型、异构型和分布型三种。计算机系统性能增长的根本因素有两个：一是微电子技术，另一个是计算机体系结构技术。五十年代以来，人们先后采用了先 二、多处理机的特点及主要技术问题 多处理机属于多指令流多数据流系统，与单指令流多数据流系统的阵列处理机相比：在结构上：它的多个处理机要用多个指令部件分别控制，通过机间互连网络实现通讯；在算法上：不限于向量数组处理，还要挖掘和实现更多通用算法中隐含的并行性；在系统管理上：要更多地依靠软件手段有效地解决资源分配和管理，特别是任务分配、处理机调度、进程的同步和通讯等问题。 1、结构灵活性 阵列处理机的结构主要是针对向量、数组处理设计的，有专用性。处理单元数虽然已达6384以上，却只需要设置有限、固定的机间互连通路就可满足一批并行度很高的算法的需要。多处理机是实现作业、任务、程序段的并行，为适应多样的算法，结构应更灵活多变，以实现复杂的机间互连，避免争用共享的硬件资源。这是多处理机机数少的原因之一。
微处理机第七章作业 1、请问下述表达方式是否正确? A)串行工作方式0时，TXD引脚为同步时钟输出端，RXD为串行数据接收端。 正确 B)串行方式2时，经TB8发送的第九位信息为奇偶校验位。 错误,数据经TXD发送,发送由软件置位或者清零的TB8的信息作为第九位. C)全双工串行口的发送和接收,可以在同一时刻进行。 正确 D)发送结束标志TI不能自动清零,但接收结束标志RI可以自动清零。 正确 E)启动串行发送的指令是MOV SBUF,A 启动串行接收的指令是MOV A,SBUF 第一行正确,第二行改为SETB REN (同时,ri=0) 2、请叙述MCS51串行口四种工作方式的特点。 四种工作方式的特点分别为： 工作方式0是同步通讯方式，即8位移位寄存器输入输出方式波特率固定为fosc/12； 工作方式1是波特率可变的8位数据异步通信方式，波特率可通过设置PCON中SMOD位及T1的溢出速率而改变； 工作方式2是波特率固定为fosc /64或fosc/32的9位数据异步通讯方式； 工作方式3是波特率可变的9位数据异步通讯方式，波特率可通过设置PCON中SMOD位及T1的溢出速率而改变。 工作方式的选择和设定方法为：通过设定SCON中的SM0、SM1来进行工作方式的选择。 当程序设定SCON中的SM0＝0，SM1＝0时，选择串行口工作于方式0；当程序设定SCON 中的SM1＝0，SM0＝0时，选择串行口工作于方式0；当程序设定SCON中的SM1＝0，SM0＝1时，选择串行口工作于方式1；当程序设定SCON中的SM1＝1，SM0＝0时，选择串行口工作于方式2；当程序设定SCON中的SM1＝1，SM0＝1时，选择串行口工作于方式3。 3/何计算和设置80C51单片机串行通信的波特率？
第七章 多重共线性及其处理 第一部分 学习辅导 一、本章学习目的与要求 1．理解多重共线性的概念； 2．掌握多重共线性存在的主要原因； 3．理解多重共线性可能造成的后果； 4．掌握多重共线性的检验与修正的方法。 二、本章内容提要 本章主要介绍计量经济模型的计量经济检验。即多重共线性问题。 多重共线性是多元回归模型可能存在的一类现象，分为完全共线与近似共线两类。模型的多个解释变量间出现完全共线性时，模型的参数无法估计。更多的情况则是近似共线性，这时，由于并不违背所有的基本假定，模型参数的估计仍是无偏、一致且有效的，但估计的参数的标准差往往较大，从而使得t 统计值减小，参数的显著性下降，导致某些本应存在于模型中的变量被排除，甚至出现参数正负号方面的一些混乱。显然，近似多重共线性使得模型偏回归系数的特征不再明显，从而很难对单个系数的经济含义进行解释。多重共线性的检验包括检验多重共线性是否存在以及估计多重共线性的范围两层递进的检验。而解决多重共线性的办法通常有逐步回归法、差分法以及使用额外信息、增大样本容量等方法。 （一）多重共线性及其产生的原因 当我们利用统计数据进行分析时，解释变量之间经常会出现高度多重共线性的情况。 1．多重共线性的基本概念 多重共线性(Multicollinearity )一词由弗里希（Frish ）于1934年在其撰写的《借助于完全回归系统的统计合流分析》中首次提出。它的原义是指一个回归模型中的一些或全部解释变量之间存在有一种“完全”或准确的线性关系。 如果在经典回归模型Y X βε=+中，经典假定（5）遭到破坏，则有()1R X k <+，此时称解释变量k X X X ,,,21ΛΛ间存在完全多重共线性。解释变量的完全多重共线性，也就是解释变量之间存在严格的线性关系，即数据矩阵X 的列向量线性相关。因此，必有一个列向量可由其余列向量线性表示。 同时还有另外一种情况，即解释变量之间虽然不存在严格的线性关系，但是却有近似的线性关系，即解释变量之间高度相关。 2．多重共线性产生的原因 多元线性回归模型产生多重共线性的原因很多，主要有： （1）经济变量的内在联系 这是产生多重共线性的根本原因。 （2）解释变量中含有滞后变量 （3）经济变量变化趋势的“共向性” 必须指出，多重共线性基本上是一种样本现象。因为人们在设定模型时，总是尽量避免将理论上具有严格线性关系的变量作为解释变量收集在一起，因此，实际问题中的多重共线性并不是解释变量之间存在理论上或实际上的线性关系造成的，而是由所收集的数据(解释变量观察值)之间存在近似的线性关系所致。 （二）多重共线性的影响 多重共线性会产生以下问题： （1）增大了OLS 估计量的方差 （2）难以区分每个解释变量的单独影响 （3）回归模型缺乏稳定性 （4）t 检验的可靠性降低 （三）多重共线性的判别 在应用多元回归模型中，人们总结了许多检验多重共线性的方法。 1．系数判定法
2014年《并行计算系统》复习题 （15分）给出五种并行计算机体系结构的名称，并分别画出其典型结构。 ①并行向量处理机（PVP） ②对称多机系统（SMP） ③大规模并行处理机（MPP） ④分布式共享存储器多机系统（DSM） ⑤工作站机群（COW） （10分）给出五种典型的访存模型，并分别简要描述其特点。 ①均匀访存模型（UMA）： 物理存储器被所有处理机均匀共享 所有处理机访存时间相同 适于通用的或分时的应用程序类型 ②非均匀访存模型（NUMA）： 是所有处理机的本地存储器的集合 访问本地LM的访存时间较短 访问远程LM的访存时间较长 ③Cache一致性非均匀访存模型（CC-NUMA）： DSM结构 ④全局Cache访存模型（COMA）： 是NUMA的一种特例，是采用各处理机的Cache组成的全局地址空间 远程Cache的访问是由Cache目录支持的 ⑤非远程访存模型（NORMA）： 在分布式存储器多机系统中，如果所有存储器都是专用的，而且只能被本地存储机访问，则这种访问模型称为NORAM 绝大多数的NUMA支持NORAM 在DSM中，NORAM的特性被隐匿的 3. （15分）对于如下的静态互连网络，给出其网络直径、节点的度数、对剖宽度，说明该网络是否是一个对称网络。 网络直径：8 节点的度数：2 对剖宽度：2 该网络是一个对称网络 4. （15分）设一个计算任务，在一个处理机上执行需10个小时完成，其中可并行化的部分为9个小时，不可并行化的部分为1个小时。问： （1）该程序的串行比例因子是多少，并行比例因子是多少？ 串行比例因子：1/10
并行比例因子:9/10 如果有10个处理机并行执行该程序，可达到的加速比是多少？ 10/(9/10 + 1) = 5.263 （3）如果有20个处理机并行执行该程序，可达到的加速比是多少？ 10/(9/20 + 1)= 6.897 （15分）什么是并行计算系统的可扩放性？可放性包括哪些方面？可扩放性研究的目的是什么？ 一个计算机系统（硬件、软件、算法、程序等）被称为可扩放的，是指其性能随处理机数目的增加而按比例提高。例如，工作负载能力和加速比都可随处理机的数目的增加而增加。可扩放性包括: 1.机器规模的可扩放性 系统性能是如何随着处理机数目的增加而改善的 2.问题规模的可扩放性 系统的性能是如何随着数据规模和负载规模的增加而改善 3.技术的可扩放性 系统的性能上如何随着技术的改变而改善 可扩放性研究的目的: 确定解决某类问题时何种并行算法与何种并行体系结构的组合，可以有效的利用大量的处理器； 对于运用于某种并行机上的某种算法，根据在小规模处理机的运行性能预测移植到大规模处理机上的运行性能; 对固定问题规模，确定最优处理机数和可获得的最大的加速比 （15分）给出五个基本的并行计算模型，并说明其各自的优缺点。 ①PRAM：SIMD-SM 优点： 适于表示和分析并行计算的复杂性； 隐匿了并行计算机的大部底层细节（如通信、同步），从而易于使用。 缺点： 不适于MIMD计算机，存在存储器竞争和通信延迟问题。 ②APRAM:MIMD-SM 优点： 保存了PRAM的简单性； 可编程性和可调试性（correctness）好； 易于进行程序复杂性分析。 缺点： 不适于具有分布式存储器的MIMD计算机。 ③BSP：MIMD-DM 优点: 把计算和通信分割开来； 使用hashing自动进行存储器和通信管理； 提供了一个编程环境。 缺点： 显式的同步机制限制并行计算机数据的增加； 在一个Superstep中最多只能传递h各报文。
小型微型计算机系统Journal of Chinese Computer Systems 2018年9月第9期Vol.39No.92018 收稿日期:2017-11-27 收修改稿日期:2018-05-04 基金项目:国家自然科学基金项目(71502015)资助;教育部人文社科基金项目 (14YJC 630030)资助;北京市社会科学基金项目(16GLC 059)资助;中央高校基本科研业务费专项资金项目(2017ZY 68)资助;北京高等学校青年英才计划项目(YETP 0776)资助. 作者简介:翟亚飞,女,1993年生,硕士研究生,研究方向为车问调度管理二仿真优化;樊 坤(通信作者),女,1978年生,博士,副教授,研究方向为生产系统优化二管理信息系统二电子商务;王 蒙,男,1991年生,博士研究生,研究方向为车问调度管 理;李心宁,女,1994年生,硕士研究生,研究方向为供应链管理 求解混合多处理机任务作业车间调度的改进粒子群算法 翟亚飞,樊 坤,王 蒙,李心宁 (北京林业大学经济管理学院,北京100083)E-mail :fankun @https://www.doczj.com/doc/6918394434.html, 摘 要:针对车间生产制造中,工件的一道加工工序需要不止一台处理机(工人二设备等)同时加工处理的情景,建立了混合多处理机任务作业车间调度模型,并针对粒子群算法容易陷入局部最优提出一套改进粒子群算法用于求解该问题.其中,对粒子群算法的改进工作包括:提出编码机制和解码机制二设计迭代机制和为了尽量避免早熟而引进的变异机制.利用提出的改进粒子群算法对JSP 问题经典算例进行求解,以验证该算法的有效性与稳定性,之后对混合多处理机任务作业车间调度问题的算例进行仿真分析,实验结果表明该算法有效提高了处理机的利用率,缩短了最大完工时间.关键词:粒子群算法;混合车问调度;多处理机任务;作业车问调度 中图分类号:TP 18 文献标识码:A 文章编号:1000-1220(2018)09-2107-07 Improved Particle Swarm Optimization Algorithm for Solving Hybrid Job-shop Scheduling with Multiprocessor Task ZHAI Ya-fei ,FAN Kun ,WANG Meng ,LI Xin-ning (School of Economics and Management ,Beijing Forestry University ,Beijing 100083,China ) Abstract :A hybrid job-shop scheduling with multiprocessor task (HJSMT )model was constructed for scheduling the job process in which each job is processed on a number of processors simultaneously at each stage.And an improved particle swarm optimization al-gorithm (IPSO )was proposed to solve the new problem.Coding and decoding strategies were introduced for establishing the mapping between particles and solutions.A kind of iterating strategy was designed for particles updating in the feasible solution domain and in order to improve the ability for particles to get out of local optimal solution domain ,a mutation strategy was designed.The JSP bench-mark problems were used to verify the effectiveness and stability of the proposed IPSO ,and then IPSO was also used to solve the HJSMT instance.Simulation results show that the algorithm effectively improves the utilization of processors and shortens the makes-pan. Key words :particle swarm optimization ;hybrid shop scheduling ;multiprocessor task ;job-shop scheduling problem 1 引 言 中国加入WTO 后,全球性的竞争加剧,给国内的制造业带来了新的挑战.随着市场竞争的日益激烈以及客户需求的日益个性化多样化,大批量流水生产模式正逐渐被适应市场动态变化的多品种二单件二小批量离散生产方式所替代[1].在这种离散制造企业中,经常会出现工件的某些工序需要由多位工人(或多台设备)同时加工的情况,这种多处理机任务加工已经逐渐成为车问生产的主要方式.然而,传统的车问调度却要求每个工件的每道工序只能在一台处理机上加工,因此具有这种单处理机任务约束的调度系统很难在现实的车问中得以应用,使得这类企业目前主要根据调度人员的经验来确定排产,成为了影响生产效率提升的重大瓶颈.如何对具有多处理机任务约束的作业车问进行高效排产已经成为如今许多离散制造企业亟待解决的问题. 多处理机任务是指需要多个处理机(处理机通常指加工设备二机器或人)同时运行的任务.Chen &Lee [2]指出多处理机任务调度(Multiprocessor task scheduling ,MTS )广泛应用在制造加工过程的劳动力分配中,此外在实时机器视觉系统二并行计算机系统二多处理机诊断系统二泊位分配二人力资源计划等方面均有应用. 从上世纪90年代末开始出现了专门针对车问调度中的多处理机任务问题的研究[3].在此之前,对于MTS 的研究主要都是针对只有一道加工工序的工件,Drozdowski [4]根据机器有无差异对MTS 从无差异的并行机和有差异的专用机进行了详尽的综述. 进入21世纪后,逐渐出现了一些针对工件具有多道加工工序的多处理机任务调度方面的研究,并逐渐成为研究者关注的热点,其中流水车问调度涉及的比较多(流水车问调度 可以看作是所有工件加工工序相同的作业车问调度).Og 六 uz 万方数据
第五章 标量流水技术 计算机处理器的主要功能是控制指令的解释执行，为了能引入并行处理，目前普遍使用一种经济有效的方法，即流水控制方式。 本章讨论的是有关流水控制的概念、原理、涉及的问题与解决的办法，以及流水控制技术的应用和进一步的发展。 5.1控制流及其改变 按算法要求控制指令序列的先后顺序执行称控制流，通常指令的执行顺序是相继的，但控制流经常会发生间断，破坏顺序性，主要有以下几种情况： 1.转移指令 不转移：PC = K0 + K1T 转移：控制流发生间断，以目标地址为起始点， 再顺序流动。 K (a)(b) 2.过程调用和返回 可嵌套和递归，返回时从原来断点继续执行。 3.协同程序 与调用不同，被调用过程不总是从头开始，如下 图。 协同程序A协同程序B 4.中断和自陷 为使流水控制方式能高效地解释指令，程序执行的控 制流必须是连续的，因此对控制流的改变要采取有效的措施，以保证流水控制的实现。 5.2标量流水工作原理 5.2.1重叠操作方式和先行控制 指令的解释执行有以下几种工作方式： 1. 顺序方式 这种方式指令串行执行，设一条指令的解释分为：取
指、分析、执行三个阶段，指令解释执行如下图所示： 设各阶段执行时间为t ，解释n 条指令的时间是： t n T ??=3 若各阶段执行时间不同，分别为t 取、t 分、t 执，则解释 n 条指令时间为： ∑==n i T 1(t 取i +t 分i +t 执i ) 顺序方式控制简单，但指令串行解释速度慢，设备利用率 低。 2. 重叠方式 这是使相邻指令的解释在一些阶段上的操作在时间上 重叠执行，如： 或 T = ( 2n + 1) t 重叠方式需增设指令缓冲寄存器，在执行k 条指令时存放 k+1条指令。同时还要解决取操作数与取指令都要访问存 储器的冲突。 解决冲突的方法： ? 使用分开的指令存储器和数据存储器，称为哈佛结构， 如Pentium 处理器设置有指令Cache 和数据Cache 。 ? 采用多体交叉存储器 ? 设置指令缓冲寄存器组 这可预取指令，取指阶段时间短，可以合并到分析阶 段，一条指令解释是分析和执行两个阶段。重叠方式如下： 这称为一次重叠。
并行处理介绍 王鹏 并行处理基本内涵 并行化主要方法 并行编程模式-MPI介绍；OpenMP介绍 并行处理基本内涵 定义：使用两个以上的处理机相互协调，同时计算同一个任务的不同部分。 并行计算现状： 硬件 共享内存并行计算机（SMP）： 优点：使用简单，维护方便。 缺点：受系统总线带宽或交叉开关的开销所限制，只能支持少量处理器。 代表机型：基于X86多核SMP。 DSM行并行计算机（分布共享内存）： 物理上具有独立内存的处理单元，通过高速网络连接在一起，逻辑上作为共享内存并行机使用。 具有更好的可扩展性。 代表机型：
SMP/DSM机群（多台SMP/DSM通过互联网络连接而成），目前国内外最高性能的并行机大多是这种结构。 并行编程模式 OpenMP（SMP/DSM）-循环级并行 串行程序的循环语句前插入特定的制导语句，告知编译系统一些有助于对其进行并行的信息，以及/或是强制编译系统按照指定的方式将其并行化。 优点：简单，不需要对原算法作大的改动，可移植性强。 缺点：只适合某些机型，且可扩展性不如消息传递。 对某些具有强数据相关的过程需改变计算顺序，或修改算法。 消息传递编程模式 并行程序由一组独立的进程组成，相互通过发送消息实现数据交换。 常用平台：PVM和MPI 优点：通用性好，可用于任何并行机； 缺点：编程、调试困难，有时需要对程序算法做大的改动。 MPI+OpenMP 用于SMP组成的机群系统，节点间以消息传递方式，节点内不同处理器之间通过共享内存并行。 可以充分利用计算资源： -减少冗余存储和冗余计算； -减少通讯量，将很大一部分通讯变为同一进程内的多线程之间的数
第四章处理机调度 一选择最合适的答案 1．某系统采用了银行家算法，则下列叙述正确的是（）。 A.系统处于不安全状态时一定会发生死锁 B.系统处于不安全状态时可能会发生死锁 C.系统处于安全状态时可能会发生死锁 D.系统处于安全状态时一定会发生死锁 2．银行家算法中的数据结构包括有可利用资源向量Available、最大需求矩阵Max、分配矩阵Allocation、需求矩阵Need，下列选项正确的是（）。 A.Max[i,j]=Allocation[i,j]+Need[i,j] B.Need[i,j]= Allocation[i,j]+ Max[i,j] C.Max[i,j]= Available[i,j]+Need[i,j] D.Need[i,j]= Available[i,j]+ Max[i,j] 3．下列进程调度算法中，（）可能会出现进程长期得不到调度的情况。 A.非抢占式静态优先权法 B.抢占式静态优先权法 C.时间片轮转调度算法 D.非抢占式动态优先权法 4．在下列选项中，属于预防死锁的方法是（）。 A.剥夺资源法 B.资源分配图简化法 C.资源随意分配 D.银行家算法 5．在下列选项中，属于检测死锁的方法是（）。 A.银行家算法 B.消进程法 C.资源静态分配法 D.资源分配图简化法 6．在下列选项中，属于解除死锁的方法是（）。 A．剥夺资源法 B.资源分配图简化法 C．银行家算法 D.资源静态分配法 7．为了照顾紧迫型作业，应采用（）。 A.先来服务调度算法 B.短作业优先调度算法 C.时间片轮转调度算法 D.优先权调度算法 8．在采用动态优先权的优先权调度算法中，如果所有进程都具有相同优先权初值，则此时的优先权调度算法实际上和（）相同。 A.先来先服务调度算法 B.短作业优先调度算法 C.时间片轮转调度算法 D.长作业优先调度算法
第七章多处理机 历年真题精选 1. 在多处理机上，两个程序段既能顺序串行、交换串行，又能并行，则这两个程序段之间 必须是（ B ）。 A. 只有数据相关 B. 只有源数据相关 C. 只有数据反相关 D. 只有数据输出相关 2. 在多处理机上，有效计算的执行时间E与处理机机间的通讯辅助开销时间C的比值较小 时，任务宜采用（粗）粒度。 3．多处理机互连形式一般有总线形式，环形互连形式，（交叉开关）形式，多端口存储器形式和（开关枢纽结构）形式等几种。 4. 多处理机实现的是（作业）和（任务）间的并行。 5. 用霍纳法则给定的表达式如下：E=a(b+c(d+e(f+gh))) 利用减少树高的办法加速运算，要求： （1）画出树形流程图； （2）确定运算级数TP，处理机机数P、加速比SP和效率EP等的值。 （TP=7，P=3，SP=7/4，EP=7/12） 6. 简述使用多处理机的目的和多处理机具备的特点。(P182-183) 同步强化练习 一．单项选择题。 1. 多处理机主要实现的是（ A ）。 A.任务级并行 B.指令级并行 C.操作级并行 D.操作步骤的并行
2. 多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（ B ）。 A.可以并行执行 B.不可能并行 C.必须并行执行 D.任何情况均可交换串行 3. 若两个程序段之间没有任何相关，则两个程序段（ B ）。 A.不可并行 B.可并行 C.不可顺序串行 D.不可交换串行 4. 多处理机的各自独立型操作系统（ D ）。 A. 适合于紧耦合多处理机 B.要求管理程序不必是可再入的 C.工作负荷较平衡 D.有较高的可靠性 5. 多端口存储器适合于连接（ A ）。 A.紧耦合多处理机 B.松耦合多处理机 C.机数很多的的处理机 D.机数可变的多处理机 6. 主从型管理程序只在（ C ）运行。 A.多台处理机上 B.一台随意的主处理机上 C.一台指定的主处理机上 D.处理机之间 7. 能实现作业、任务级并行的异构型多处理机属（ C ）。 A.SISD B.MISD C.MIMD D.SIMD 8. 属于MIMD系统的结构是（ D ）。 A.各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令 B.各处理单元同时受同一个控制单元的管理 C.阵列处理机 D.松耦合多处理机和多计算机 9. 在共享主存的多处理机中，为减少访主存冲突，采用的方式一般是（ A ）。 A.并行多体交叉主存系统 B.共享Cache存储器 C.虚拟存储器 D.共用高速单体主存系统