4、计算机架构中的并行性与性能评估

计算机架构中的并行性与性能评估

在计算机系统中，并行性和性能评估是两个至关重要的方面。并行性能够显著提高系统的处理速度，而准确的性能评估则有助于我们选择最适合需求的计算机系统。

1. 互联类型与系统总线速度

计算机系统中有多种互联类型：
- I/O 互联 ：将各种 I/O 设备连接到系统总线。
- 系统间互联 ：连接不同的系统，包括 SANs（系统区域网络，用于短距离连接系统）、LANs（局域网，用于在组织或建筑物内连接系统）和 WANs（广域网，用于长距离连接多个局域网）。
- 互联网 ：全球性的互联网络。

自 2000 年以来，系统总线速度（如英特尔微处理器中的前端总线）有了显著提升。前端总线的时钟频率直接关系到芯片内外的数据传输带宽。在多处理器系统中，处理器之间需要通信，网络接口（N.I.）用于在本地节点内外传输数据，其形式会根据通信模型和软件支持水平而有所不同，最基本的形式是作为内存映射的 DMA（直接内存访问）设备，在本地内存和互联之间传输数据。

2. 架构中的并行性

2.1 标量处理器

最常见的微架构是标量处理器，其中每条指令对一个标量数据元素进行操作。例如，典型的指令 ADD O1,O2,O3 会将标量操作数 O2 和 O3 相加，并将结果存储在 O1 中。早期的机器一次只处理一条指令，从取指到完成。随着流水线技术的出现，不同指令的取指、解码、执行和完成周期在时间上重叠，从而提高了处理速度。然而，如果指令能够并行执行，处理速度会