计算机系统结构的课后答案uint7

第7章上课后的问题1.多处理器和并行处理器在结构，程序并行性，算法，进程同步，资源分配和调试上有什么区别？多处理器和并行处理器之间的主要区别在于并行度. （1）结构灵活性. 多处理机制比并行处理器更灵活. （2）程序并行性. 多处理是指令，任务和作业的并行化，而并行性的识别则更加困难. 并行处理机是操作级别的并行性，并行性的识别更容易. （3）并行任务的推导. 并行处理器是否可以并行工作取决于指令. 多处理器必须具有特殊的指令，以指示程序是否可以并行执行. 派生任务的数量动态变化. （4）过程同步. 并行处理器的进程同步是自然的并行处理系统结构，多处理器必须采取同步措施（5）资源分配和任务调度. 与并行处理器相比，多处理器资源分配和任务调度要复杂得多. 2.多处理器的基本特征是什么？开发这样的系统的主要目的是什么？多重处理着重解决哪些技术问题？多处理器的基本特征: 多处理器具有两个以上的处理器，在操作系统的控制下可以通过共享的主内存或输入/输出子系统或高速通信网络进行通信. 结构中的多个处理器使用多个. 指令组件被分别控制，并通过机器间互连网络进行通信. 该算法不仅限于处理矢量数组，还可以在更通用的算法中实现并行性. 系统管理必须更多地依靠软件手段来有效地解决资源分配和管理问题，特别是任务分配，处理器调度，进程同步和通信等问题. 使用多处理器的目的: 一种是使用多重处理进行多任务处理，以解决大型而复杂的问题，从而提高速度，另一种是依靠冗余，其余的处理器及其重组可提高可靠性，系统的适应性和可用性. 多处理是要解决的重要技术问题: （1）在硬件结构上，如何解决处理器，内存模块和I / O子系统之间的互连问题.

（2）如何最大程度地提高系统的并行性，以在多处理的所有级别上实现完全并行. （3）如何选择任务和子任务的大小，即任务的粒度，使并行度高，辅助开销小. （4）如何协调多个处理器中任务和流程之间的同步. （5）如何为多处理器分配任务，解决处理器调度，任务调度，任务调度和资源分配以防止死锁. （6）一旦进程失败，如何在不瘫痪的情况下重新组织系统. （7）多处理器数量增加后，如何为程序员提供良好的编程环境，并降低程序的复杂性. 3.绘制一个4 * 9一级纵横开关和一个由两层23个纵横开关组成的49 elta网络. 比较纵横开关设备的数量？答: 下图显示了一级交叉开关: 下图显示了由两层23个交叉开关组成的49-delta增量网络: 有5个交叉开关组成的增量网络，其数目为纵横开关的节点由在Delta网络分析中减小为2 * 3 * 5 = 30的第一级网络36组成: 第一级具有2个纵横开关，并且在各级之间使用混洗拓扑. 4.说明由4 * 4纵横制开关组成的两级16 * 16纵横制网络可以节省设备，但这是一个阻塞网络. 16 * 16纵横开关网络需要256个交换节点，每个节点选择一个多通道决策和选择电路.

由44个纵横制交换机组成的两级纵横制交换网络总共需要168 = 128个交换节点，每个节点仅需要4个复用和选择电路中的1个来节省设备. 但这是一个阻塞性网络. 因为第一级的此输入可能对应于四个输出之一. 这意味着，当输入端子之一连接到最终输出端子时，由于路径冲突，同一组级别1中的两个输入端子无法同时将信息传输到级别2的相应输出. 在其他输出上，1616主交叉开关不存在此问题. 5.霍纳定律给出的表达式如下: E = a（b + c（d + e（f + gh）））为了减小树的高度以加快计算速度，要求（1）为绘制树流图； （2）确定Tp，P，Sp，Ep解决方案: （1）对于原始模型，单处理器串行操作树流程图显示在左下方，而多处理器并行操作树流程图显示在在右下方的图片显示. 处理器计算的级数Tp = 4. 所需的处理器数量P = 3. 加速比Sp =顺序操作的顺序T1 / P处理器操作的级数Tp = 7/4. 效率Ep =加速比Sp /所需处理器数量P = 7/12. 6.要找到A1，A2和A8的累积和，请执行以下过程: S1 A1 = A1 + A2 S2 A3 = A3 + A4 S3 A5 = A5 + A6 S4 A7 = A7 + A8 S5 A1 = A1 + A3 S6 A5 = A5 + A7 S7 A1 = A1 + A5（1）编写一个程序，用FORK和JOIN语句表达其并行任务的派生和融合，以使该程序在多处理器上运行.

（2）绘制在具有3种处理机制的系统上运行的程序的时间关系的. （3）画出在具有两种处理机制的系统上运行的程序的时间关系的. 答: （1）用FORK和JOIN语句表示并行任务的派生和融合的过程如下. 叉子20叉子30叉子40 10 A1 = A1 + A2联接GOTO80 20 A3 = A3 + A4联接GOTO80 30 A5 = A5 + A6联接GOTO80 40 A7 = A7 + A8联接80FORK 60 50 A1 = A1 + A3联接GOTO70 60 A5 = A5 + A7 JOIN 70A1 = A1 + A5（2）在具有3种处理机制的多处理器系统上运行的资源时间表如下图所示. 假设标记为50和60的两个并发进程最后完成标记为60的过程. （3）在具有两种处理机制的多处理器系统上运行的资源时间表如下图所示. 假设标记为50和60的两个并发进程的标记为50的进程最后完成. 分析: GOTO 70语句问题的关键是70语句是否在50或60语句所在的CPU行上. 也就是说，谁先执行50个句子，哪个执行60个句子. 7.如果有以下程序，请执行以下操作: 尝试将FORK和JOIN语句重写为可以在多处理器上并行执行的程序.

假设有两个处理器，除法速度最慢，加减速度最快，请在程序运行时绘制资源时间解决方案: 重写要在其中执行的FORK和JOIN语句在多处理器上并行执行该程序如下: S1 FORKS3 S2 GOTOS4'S3 S4'FORK S5 S4 X = WV JOIN GOTOS6 S5在具有2个处理器的多处理器系统上运行时，该程序的资源时间表如下所示: 8 . 分别确定以下内容在每个计算机系统中，计算点积S =（8）（i = 1）ai * bi所需的时间（尽可能给出一个时空图）: （1）串行普通PE的SISD系统； （2）具有加法器和乘法器的并行流水线SISD系统；每个处理器的SIMD系统；每个处理器的MIMD系统. 访问时间和访问时间可以忽略不计；加法和乘法需要2个节拍；在SIMD和MIMD系统中，处理器（机器）之间的每次数据传输时间为1节拍，而在SISD中，在串行或流水线系统中可以忽略；在SIMD系统中，PE之间使用线性环互连拓扑，即每个PE直接与其两个相邻PE连接，而在MIMD中，每个PE可以与其他PE连接. PE具有直接访问权限. 解决方案: （1）使用普通PE的串行SISD系统计算点积所需的时间为46次. 时空图如下图所示. （2）使用具有加法器和乘法器的并行管道SISD系统来计算点积. 所需时间为15拍. 下图显示了时空图: （3）使用具有8个处理器的SIMD系统计算点积所需的时间为14个节拍. / upload]（4）使用带有8个处理器的MIMD系统计算点积所需的时间为14节拍. 时空图如下图所示. 9.将程序设置为具有T任务，该任务由A和B中的两个处理器组成. 在该处理器上运行.

每个处理器上的执行时间为E，B处理器上的执行时间为2E. 无论机器之间的通信时间如何，如何分配任务以最小化系统的总执行时间？总执行时间最短的时间大多设置为A处理器分配I任务，B处理器分配T-I任务并行处理系统结构，那么最短的总系统执行时间为IE = 2（T-I）E. 解决: I = 2T / 3. 因此，最短的总执行时间为2TE / 3. 10.简要描述多处理器操作系统的三种不同类型的配置，并列出每种配置的优缺点以及设计中的问题.

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