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存储技术与多处理机系统的发展与演化

与古典的冯·诺依曼计算机以运算器为中心不同,现代计算机系统以存储器为中心。存储技术的发展在很大程度上影响着多处理机系统结构的发展。Cache、主存、磁盘这三个存储器可以分别构成“Cache—主存”和“主存—磁盘”两个存储系统,也可以构成一个“Cache—主存—磁盘”存储系统。

“Cache—主存”和“主存—磁盘”组成的两个存储系统组织方式是指:当CPU 要访问存储器时,给出一个虚拟地址,由存储管理部件MMU(MemoryManagement Unit)中的地址部件把CPU 发出的虚拟地址变换成主存物理地址,然后用主存物理地址访问Cache。如果要访问的数据和指令在Cache 中被找到,则Cache 命中,否则发出Cache 块失效,用这个物理地址访问主存储器,取出一块数据和指令装入Cache,也把CPU 所需要的数据和指令送往CPU。“ache—主存—磁盘”组成的存储系统组织方式是指:当CPU 要访问存储器时,把虚拟地址直接送往存储管理部件Cache。Cache能直接接受虚拟地址的访问,把CPU 所需的数据和指令找出来。如果Cache 发生块失效,则用经过MMU 变换得到的主存物理地址访问主存储器,把读出的一块数据和指令装入Cache,同时也把CPU 所需的数据和指令送入CPU。

全Cache 存储系统是一种新型系统,就是不用主存,只用Cache 和辅存两种存储器构成“Cache—辅存”存储系统。这种系统的等效访问周期与Cache 很接近,等效存储容量就是虚拟地址空间的容量。

由于微处理器新体系结构的发展,将会出现在一片芯片上集成多个处理器的微处理器,因此,多处理机系统的节点本身将成为一个紧耦合多处理系统,然后再通过某种互联网络实现松耦合的MPP 系统或群机系统。网络技术的进步使得松散耦合系统的通信瓶颈逐步得到缓解,开关技术的发展则大幅度的降低了传输延迟。互连技术,新的器件和算法,特别是光互连技术在并行系统中的应用,将使并行系统中的通信开销非常小,以至在设计并行程序时不必考虑节点空间的距离和系统的拓扑结构。随着人们进一步开发新的微处理器芯片,探索更加灵活、能适应更多应用的互联网络,发展新的存储方式,使I/O 性能与整个计算机能力保持平衡,MPP、群机及SMP 等多处理机体系结构的界限也会越来越模糊。并行计算机体系结构将朝着3T 目标迅速发展。

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