處理器管理

·提高計算機處理速度，首先發展起來的是系統和流水線系統，前者提出了數據驅動的思想，後者解決了指令問題，都是計算機並行化發展的例子。

基本介紹

• 中文名：處理器管理
• 首先發展：系統和流水線系統
• 核心：是中央處理器
• 分類：單處理器系統,.多處理器系統

處理器系統和多處理器系統

計算機系統的核心是中央處理器。

1.單處理器系統：一個計算機系統只包括一個運算處理器。

2.多處理器系統：一個計算機系統有多個運算處理器。

3.串列和並行

·早期計算機系統是基於單個處理器的順序處理機器，程式設計師編寫串列執行的代碼，讓其在處理器上串列執行，每條指令的執行也是串列的（取指令、取運算元、執行操作、存儲結果）。

4.計算機系統結構分類

目前計算機系統可以分作以下四類：

·單指令流單數據流（SISD）：一個處理器在一個存儲器中的數據上執行單條指令流。

單指令流多數據流（SIMD）：單條指令流控制多個處理單元同時執行，每個處理單元包括處理器和相關的數據存儲，一條指令控制了不同的處理器對不同的數據進行操作。向量機和陣列機是這類計算機系統的代表 。

SIMD

在一台SIMD計算機中，有一個控制部件（又稱為控制單元，control unit）和許多處理單元（processing unit）。大量的處理單元通常構成陣列，因此SIMD計算機有時也稱為陣列處理機。所有的處理單元在控制部件的統一控制下工作。控制部件向所有的處理單元廣播同一條指令，所有的處理單元同時執行這條指令，但是每個處理單元操作的數據不同。控制部件可以有選擇地禁止掉一些處理單元，被禁止掉的處理單元不執行控制部件廣播的指令。

·多指令流單數據流（MISD）：一個數據流被傳送給一組處理器，通過這一組處理器上的不同指令操作最終得到處理結果。

不同的處理器按照不同的模式來協同處理同一組數據，期望以最快最好的方式得到結果。

目前正在研究中…

·多指令流多數據流（MIMD）：多個處理器對各自不同的數據集同時執行不同的指令流。可以把MIMD系統劃分為共享記憶體緊密耦合MIMD系統和記憶體分布鬆散耦合MIMD系統兩大類。

根據處理器分配策略，緊密耦合MIMD系統可以分為主從式系統MSP（Main/Slave Multiprocessor）和對稱式系統SMP（Symmetric Multi-Processor）兩類。

主從式系統基本思想是：在一個特別的處理器上運行作業系統核心，其他處理器上則運行用戶程式和作業系統例行程式，核心負責分配和調度各個處理器，並向其他程式提供各種服務。

在對稱式多處理器系統中有兩個或兩個以上的處理器，作業系統核心可以運行在任意一個處理器上。每個處理器都可以自我調度運行的進程和執行緒，單個進程的多個執行緒可在不同處理器上同時運行。作業系統核心也被設計成多進程或多執行緒，核心的各個部分可以並行執行。

在鬆散耦合MIMD系統中，每個處理單元都有一個獨立的記憶體儲器，各個處理單元之間通過設定的線路或網路通信，多計算機系統和集群（Cluster）系統都是鬆散耦合MIMD系統的例子。

暫存器

計算機系統的處理器包括一組暫存器，其個數根據機型的不同而不同，它們構成了一級存儲，比主存容量小，但訪問速度快。這組暫存器所存儲的信息與程式的執行有很大關係，構成了處理器現場。

·每一個進程被暫時中止執行時，作業系統就要保存相關的信息（包括處理器現場）以保證未來某個時刻，該進程可以繼續執行。

這些暫存器可分成以下幾類：

·通用暫存器：可由程式設計者指定許多功能，如存放運算元或用作定址暫存器。

·數據暫存器：存放運算元，作為記憶體數據的高速快取。

·地址暫存器：指明記憶體地址，如索引暫存器、段暫存器、堆疊指針暫存器等。

·I/O地址暫存器：指定I/O設備。

·I/O緩衝暫存器：用於處理器和I/O設備交換數據。

·控制暫存器：存放處理器的控制和狀態信息，至少包括程式計數器PC和指令暫存器IR，中斷暫存器以及用於存儲器和I/O模組控制的暫存器。還有存放將被訪問的存儲單元地址的存儲器地址暫存器，以及存放從存儲器讀出或欲寫入的數據的存儲器數據暫存器。

·其他暫存器