多路處理器計算機教學實驗箱
根據高等院校計算機科學與技術、軟件工程等本科及研究生專業開設的《計算機體系結構》(含并行)、《并行計算》、《并行程序設計》和《計算機操作系統》(含并行)是計算機、軟件工程等專業的重要課程，但上述課程的實驗教學環境非常貧乏。目前，僅僅是引用國外大學及研究機構的虛擬機及其相應模擬或仿真器，硬件實驗平臺幾乎可說是空白。這種狀況造成了學生在理解、鞏固和加深理論知識上受到制約，在復雜多處理器架構面前缺乏相應實踐能力，在理論研究與核心技術上缺乏科研創新思維。
隨著計算機軟硬件技術的不斷發展，處理器目前已經從單核(Single-core)進入多核(Multi-core)應用時代?；诙嗵幚砥鞯牟⑿杏嬎銠C也應用越來越廣泛。云計算、大數據等新的應用，不單單意味著處理器核數量的增多，更是對單片處理器本身體系架構、多片處理器的計算機整體架構，對操作系統、編譯器、應用軟件提出了更多架構上的挑戰。因此，高等院校計算機相關專業的教學必須與時俱進，不僅要在教材上，而且要在實驗環境上跟上這一技術發展。否則，教學將脫離現實與實踐，阻礙高科技創新人才的培養。
基于上述現狀，以提高我國計算機體系結構、并行計算等領域的教學與應用水平為目標，國家高性能計算中心深圳分中心(深圳大學計算機與軟件學院)陳國良院士團隊設計和研制立足國產“龍芯”CPU平臺、具有自主知識產權的多路處理器計算機教學實驗儀器。該實驗系統可以滿足不同層次院校開設上述課程實驗的驗證型、綜合型、創新型實驗教學要求。
功能介紹：
多路處理器計算機教學實驗系統是由龍芯3A處理器構成的、內可配置外可擴展結構的實驗硬件平臺。實驗系統具有：多種并行層次，多發射、多核、多路、多機;多種互連方式，片上網絡、HyperTransport、以太網;多種存儲結構，CMP/SMP、CC-NUMA;多種編程模式，Pthread、MPI、OpenMP等?？梢栽凇恫⑿杏嬎恪?、《計算機系統結構》、《linux操作系統》、《并行算法實踐》和《并行程序設計》等課程的教學實驗中，進行相配套的上機實驗。
該多路處理器教學實驗箱上有對稱的4個處理單元，每個處理單元包含一顆龍芯3A四核處理器。4個處理單元既可通過網絡互連為多處理機集群架構，也可通過HT總線互連為CC-NUMA架構。并且多個實驗平臺可通過網絡和HT實現更多的處理器互連。文件系統服務器用來統一存放NFS系統，為處理單元提供內核和文件系統。
多路處理器教學實驗箱由處理板和控制板組成。處理板是實驗平臺的主要部分，可運行多處理器程序，實現并行程序的設計與開發?？刂瓢逯饕撠煱烟幚戆迳系木W絡、串口等資源擴展成標準接口，同時負責給處理板供電和進行相應的控制。
處理板的設計可滿足多種并行層次應用上的需求。在HT總線不使用時，實現單處理器結構、SMP結構和SMP集群結構等;在處理器支持Cache一致性的HT通信并使用HT總線的情況下，可以實現4路4核的CC-NUMA結構和CC-NUMA集群結構。因此，利用該處理板可以構建實驗平臺，進行計算機體系結構教學在多種并行層次上的教學實驗。
控制板為用戶提供了操作主板的接口，控制板主要包括與每個處理器對應的千兆RJ45網口、可4選1的DB9串口、一個切換按鍵功能的搖柄開關、4個功能按鍵和一個控制4個處理器開關的AT89S52單片機;可以通過控制板的功能按鍵，手動的選擇任意一個處理單元的開關機，以及相對應的串口打印串口調試信息和4核、8核、16核以及SMP和CC-NUMA的啟動模式的選擇。
4核SMP/CMP系統：多路處理器計算機教學實驗箱有4個處理單元，每個處理單元包含一個龍芯3A處理器、DDR2內存、以太網卡、BIOS、串口收發芯片以及電源變換電路等。每個處理單元可以獨立控制，是一個單芯片多處理器(CMP)或對稱多處理器系統(SMP)。
16核SMP系統：多路處理器計算機教學實驗箱的4個處理單元可以通過HT總線互連，組成16核的主從式(master-slave)SMP系統。該系統由一臺主處理單元記錄、控制其它從處理單元的狀態，并分配任務給從處理單元。處理單元1為主，其他三個處理單元為從。操作系統在主處理單元上運行，所有處理單元共享處理單元1的存儲器、I/O設備等。從處理單元的請求通過陷入傳送給主處理機，然后主處理機回答并執行相應的服務操作。主從式SMP系統硬件和軟件結構簡單，不存在存取沖突和訪問阻塞問題，可高效的分配各處理單元的任務，并行執行效率高。
兩節點CC-NUMA系統：多路處理器計算機教學實驗箱的處理單元可以通過HT總線互連，配置為兩路兩節點CC-NUMA系統。每個是處理單元看作一個對稱多處理器系統(SMP)，將兩個處理單元通過HT總線互連，形成的兩節點CC-NUMA系統。本實驗箱使用HT0接口構成兩節點CC-NUMA系統。
四節點CC-NUMA系統：多路處理器計算機教學實驗箱的處理單元可以通過HT總線兩兩互連，配置為四節點CC-NUMA系統。
分布式存儲多處理機：分布式存儲多處理機也叫做多計算機，是由多個具有本地存儲模塊的相互獨立的處理機通過互連網絡連接而成的。這種處理機特點是結構靈活、易擴充，具有較高的可擴放性和計算性。多路處理器計算機教學實驗箱的處理單元可以通過網絡互連組成分布式存儲多處理機。
作品名稱：多路處理器計算機教學實驗箱
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