处理器系统和多处理器系统

寄存器

处理器系统和多处理器系统

计算机系统的核心是中央处理器。

1.单处理器系统：一个计算机系统只包括一个运算处理器。

2.多处理器系统：一个计算机系统有多个运算处理器。

3.串行和并行

·早期计算机系统是基于单个处理器的顺序处理机器，程序员编写串行执行的代码，让其在处理器上串行执行，每条指令的执行也是串行的（取指令、取操作数、执行操作、存储结果）。

·提高计算机处理速度，首先发展起来的是联想存储器系统和流水线系统，前者提出了数据驱动的思想，后者解决了指令并行执行问题，都是计算机并行化发展的例子。

4.计算机系统结构分类

目前计算机系统可以分作以下四类：

·单指令流单数据流（SISD）：一个处理器在一个存储器中的数据上执行单条指令流。

计算机系统的核心是中央处理器。

1.单处理器系统：一个计算机系统只包括一个运算处理器。

2.多处理器系统：一个计算机系统有多个运算处理器。

3.串行和并行

·早期计算机系统是基于单个处理器的顺序处理机器，程序员编写串行执行的代码，让其在处理器上串行执行，每条指令的执行也是串行的（取指令、取操作数、执行操作、存储结果）。

·提高计算机处理速度，首先发展起来的是联想存储器系统和流水线系统，前者提出了数据驱动的思想，后者解决了指令并行执行问题，都是计算机并行化发展的例子。

4.计算机系统结构分类

目前计算机系统可以分作以下四类：

·单指令流单数据流（SISD）：一个处理器在一个存储器中的数据上执行单条指令流。

单指令流多数据流（SIMD）：单条指令流控制多个处理单元同时执行，每个处理单元包括处理器和相关的数据存储，一条指令控制了不同的处理器对不同的数据进行操作。向量机和阵列机是这类计算机系统的代表 。

SIMD

在一台SIMD计算机中，有一个控制部件（又称为控制单元，control unit）和许多处理单元（processing unit）。大量的处理单元通常构成阵列，因此SIMD计算机有时也称为阵列处理机。所有的处理单元在控制部件的统一控制下工作。控制部件向所有的处理单元广播同一条指令，所有的处理单元同时执行这条指令，但是每个处理单元操作的数据不同。控制部件可以有选择地屏蔽掉一些处理单元，被屏蔽掉的处理单元不执行控制部件广播的指令。

·多指令流单数据流（MISD）：一个数据流被传送给一组处理器，通过这一组处理器上的不同指令操作最终得到处理结果。

不同的处理器按照不同的模式来协同处理同一组数据，期望以最快最好的方式得到结果。

目前正在研究中…

·多指令流多数据流（MIMD）：多个处理器对各自不同的数据集同时执行不同的指令流。可以把MIMD系统划分为共享内存紧密耦合MIMD系统和内存分布松散耦合MIMD系统两大类。

根据处理器分配策略，紧密耦合MIMD系统可以分为主从式系统MSP（Main/Slave Multiprocessor）和对称式系统SMP（Symmetric Multi-Processor）两类。

主从式系统基本思想是：在一个特别的处理器上运行操作系统内核，其他处理器上则运行用户程序和操作系统例行程序，内核负责分配和调度各个处理器，并向其他程序提供各种服务。

在对称式多处理器系统中有两个或两个以上的处理器，操作系统内核可以运行在任意一个处理器上。每个处理器都可以自我调度运行的进程和线程，单个进程的多个线程可在不同处理器上同时运行。操作系统内核也被设计成多进程或多线程，内核的各个部分可以并行执行。

在松散耦合MIMD系统中，每个处理单元都有一个独立的内存储器，各个处理单元之间通过设定的线路或网络通信，多计算机系统和集群（Cluster）系统都是松散耦合MIMD系统的例子。

寄存器

计算机系统的处理器包括一组寄存器，其个数根据机型的不同而不同，它们构成了一级存储，比主存容量小，但访问速度快。这组寄存器所存储的信息与程序的执行有很大关系，构成了处理器现场。

·每一个进程被暂时中止执行时，操作系统就要保存相关的信息（包括处理器现场）以保证未来某个时刻，该进程可以继续执行。

这些寄存器可分成以下几类：

·通用寄存器：可由程序设计者指定许多功能，如存放操作数或用作寻址寄存器。

·数据寄存器：存放操作数，作为内存数据的高速缓存。

·地址寄存器：指明内存地址，如索引寄存器、段寄存器、堆栈指针寄存器等。

·I/O地址寄存器：指定I/O设备。

·I/O缓冲寄存器：用于处理器和I/O设备交换数据。

·控制寄存器：存放处理器的控制和状态信息，至少包括程序计数器PC和指令寄存器IR，中断寄存器以及用于存储器和I/O模块控制的寄存器。还有存放将被访问的存储单元地址的存储器地址寄存器，以及存放从存储器读出或欲写入的数据的存储器数据寄存器。

·其他寄存器