计算机引论Chapter8
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chap8 计算机分布式控制系统Chapter 8 计算机分布式控制系统主要内容8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 分布式控制系统概述分布式系统平台模型网络与通信网络协议网络控制系统网络一组互联的资源主机(Hosts)运行网络应用软件:客户/服务器对等节点网络基础设施由一组互联的设备构成:网络节点:接收/发送、转发、路由选择的主机及软硬件连接:传送信息的通道8.1.1 分布式系统定义一个分布式系统是一组由网络联接的具有独立功能的计算机,在一套特殊软件的管理下,整个系统在用户面前呈现为一个透明的整体。
(Tanenbaum et al. 2002)一个分布式系统是一组位于网络计算机上的并发构件,这些构件之间的通信以及任务协调都只能通过信件传递进行,其目的是实现资源共享。
(Coulouris et al. 2021)分布式控制网络结构分布式系统与单机系统的比较单机系统分布式系统用户共享一台计算机可以访问所有资源单一时钟单一系统控制单一地理位�Z 单一故障点一组由网络互联的、自治的计算机和资源资源为用户所共享可以集中控制,也可以分布控制计算机可以同构,也可以异构分散的地理位�Z 分布式故障点没有全局时钟没有共享内存(大多数情况)任何一台计算机都不可能掌握全局状态任何一台计算机都根据自己的局部信息做出决定一台计算机的故障不会导致全局崩溃不存在全局时钟调节对象:系统规模,系统功能,管理结构调节方法:隐蔽通信延迟,资源分布,资源复制等分布式系统的发展简史系统名称 CM* 组织机构卡内基.· 梅隆大学网络要求层次总线计算机 PDP 研制日期 1975Cambridge DCSLocus V System Mach CORBA Distributed COM JINI剑桥大学加州大学洛杉矶分校斯坦佛大学卡内基.· 梅隆大学 OMG 微软公司 Sun Microsystems剑桥环以太网以太网以太网互联网互联网互联网LSI-4PC Sun Sun, PC 任何机器 PC 任何机器19791980 1982 1985 1990 1996 2000经典分布式系统应用 rlogin or telnet (远程访问) 网络文件系统 ATM (银行自动取款机) 分布式数据库 WWW (万维网) 全球定位系统自动售货终端机航空管制系统网络拍卖系统8.1.2 典型的网络拓扑结构星形环形二叉树形全连通形正则形任意形星形路径算法连通性负载均匀易差否易差是环形二叉树形易较差否全连通形易好是正则形易较好是任意形不易不详不详主要内容8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 分布式控制系统概述分布式系统平台模型网络与通信网络协议网络控制系统8.2 分布式系统平台模型客户/服务器模型:把使用者看成客户 (client),把应用的具体实现者看成服务器 (server),可以帮助人们容易理解分布式系统,也便于人们管理一个复杂的分布式系统。
第8章CPU的结构和功能例8.1假设指令流水线分取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、回写(WR)四个过程段,共有10条指令连续输入此流水线。
(1)画出指令周期流程。
(2)画出非流水线时空图。
(3)画出流水线时空图。
(4)假设时钟周期为100ns,求流水线的实际吞吐率。
(5)求该流水处理器的加速比。
解:(1)根据指令周期包括IF、ID、EX、WR四个子过程,图8.1(a)为指令周期流程图。
(2)非流水线时空图如图8.1(b)所示。
假设一个时间单位为一个时钟周期,则每隔4个时钟周期才有一个输出结果。
(3)流水线时空图如图8.1(c)所示。
由图可见,第一条指令出结果需要4个时钟周期。
当流水线满载时,以后每一个时钟周期可以出一个结果,即执行完一条指令。
(a)指令周期流程(b) 非流水线时空图(c) 标准流水线时空图图8.1 例8.1答图(4)由图8.1(c)所示的10条指令进入流水线的时空图可见,在13个时钟周期结束时,CPU执行完10条指令,故实际吞吐率为:10/(100ns×13) ≈ 0.77×107条指令/秒(5)在流水处理器中,当任务饱满时,指令不断输入流水线,不论是几级流水线,每隔一个时钟周期都输出一个结果。
对于本题四级流水线而言,处理10条指令所需的时钟周期数为T4 = 4 +(10 −1)= 13。
而非流水线处理10条指令需4×10 = 40个时钟周期。
故该流水处理器的加速比为40 ÷13 ≈ 3.08 例8.2设某机有四个中断源1、2、3、4,其硬件排队优先次序按1→2→3→4降序排列,各中断源的服务程序中所对应的屏蔽字如表8.1所示。
表8.1 例8.2各中断源对应的屏蔽字中断源 屏蔽字1 2 3 41 1 1 0 12 0 1 0 03 1 1 1 14 0 1 0 1(1)给出上述四个中断源的中断处理次序。
(2)若四个中断源同时有中断请求,画出CPU执行程序的轨迹。