流 MIMD 这四种类型。
1.4 计算机系统结构中的透明性是如何体现的?有何意义?
透明性是指在计算机技术中,某些特性或组件的存在并不影响用户或程序员的使用体验,即它们在概念上被隐藏起来。例如,缓存的存在就是一种透明性,程序员无需知道何时数据会被缓存,只需按正常方式编程,而缓存机制会自动提升数据访问速度。透明性有助于简化编程模型,提高系统的可预测性和效率,并且使得新特性的引入不会对现有软件造成影响。
1.5 Amdahl 定律在计算机性能优化中的作用是什么?
Amdahl 定律指出,当改进计算机系统中的某个部分时,性能提升的程度受到该部分在整体执行时间中的占比限制。这意味着,即使某个组件的性能得到了显著提升,如果它在整个系统中的执行时间占比很小,那么整体性能的提升也会有限。因此,Amdahl 定律提醒我们在优化系统时需要考虑全局,尤其是那些执行时间占比大的组件。
1.6 程序的局部性原理如何影响计算机系统的设计?
程序的局部性原理指出,程序在执行过程中倾向于集中在一段时间内访问相近的时间位置(时间局部性)和空间位置(空间局部性)的内存。这一原理影响了缓存的设计,因为缓存利用局部性原理来减少主存访问次数,提高性能。通过预加载最近或相邻使用的数据,缓存能够快速响应后续的访问请求,从而提高系统性能。
1.7 并行性有哪些主要形式?如何实现?
并行性主要包括时间重叠和资源重复两种形式。时间重叠是通过让多个处理过程在时间上相互错开,使得硬件资源得到充分利用,提高效率。资源重复则是通过增加硬件资源的数量,比如多核处理器,来实现并行计算。并行性还可以通过软件方法实现,如任务调度和多线程编程,使得多个任务可以在同一硬件平台上并发执行。
1.8耦合度如何影响多处理机系统的性能和设计?
耦合度衡量了多机系统中各计算机之间的物理连接紧密程度和交互作用能力。紧密耦合系统通常具有更高的数据传输速率和更强的共享资源能力,适合需要高效数据交换的应用。而松散耦合系统则更注重灵活性和独立性,适合处理大规模分布式任务,数据交换主要依赖于外部存储设备。选择合适的耦合度可以平衡系统性能、成本和复杂性。
1.9 试述同构型和异构型多处理机系统的特点及应用场景。
同构型多处理机系统由多个功能相同的处理机组成,它们共同处理同一作业中的并行任务,适用于大规模科学计算、高性能服务器和云计算平台。异构型多处理机系统由不同类型的处理机组成,各自承担不同功能,适用于复杂任务的分布式处理,如图形渲染、人工智能和嵌入式系统。
总结:本章内容涵盖了计算机系统结构的基本概念,包括层次结构、虚拟机、透明性、计算机组成与实现的关系、Amdahl 定律、局部性原理、CPI、测试程序套件等。此外,还讨论了计算机系统的分类、性能优化、并行性、耦合度以及多处理机系统的设计。这些知识点构成了理解计算机系统性能和设计的基础。