多路处理器计算机教学实验箱
根据高等院校计算机科学与技术、软件工程等本科及研究生专业开设的《计算机体系结构》(含并行)、《并行计算》、《并行程序设计》和《计算机操作系统》(含并行)是计算机、软件工程等专业的重要课程，但上述课程的实验教学环境非常贫乏。目前，仅仅是引用国外大学及研究机构的虚拟机及其相应模拟或仿真器，硬件实验平台几乎可说是空白。这种状况造成了学生在理解、巩固和加深理论知识上受到制约，在复杂多处理器架构面前缺乏相应实践能力，在理论研究与核心技术上缺乏科研创新思维。
随着计算机软硬件技术的不断发展，处理器目前已经从单核(Single-core)进入多核(Multi-core)应用时代。基于多处理器的并行计算机也应用越来越广泛。云计算、大数据等新的应用，不单单意味着处理器核数量的增多，更是对单片处理器本身体系架构、多片处理器的计算机整体架构，对操作系统、编译器、应用软件提出了更多架构上的挑战。因此，高等院校计算机相关专业的教学必须与时俱进，不仅要在教材上，而且要在实验环境上跟上这一技术发展。否则，教学将脱离现实与实践，阻碍高科技创新人才的培养。
基于上述现状，以提高我国计算机体系结构、并行计算等领域的教学与应用水平为目标，国家高性能计算中心深圳分中心(深圳大学计算机与软件学院)陈国良院士团队设计和研制立足国产“龙芯”CPU平台、具有自主知识产权的多路处理器计算机教学实验仪器。该实验系统可以满足不同层次院校开设上述课程实验的验证型、综合型、创新型实验教学要求。
功能介绍：
多路处理器计算机教学实验系统是由龙芯3A处理器构成的、内可配置外可扩展结构的实验硬件平台。实验系统具有：多种并行层次，多发射、多核、多路、多机;多种互连方式，片上网络、HyperTransport、以太网;多种存储结构，CMP/SMP、CC-NUMA;多种编程模式，Pthread、MPI、OpenMP等。可以在《并行计算》、《计算机系统结构》、《linux操作系统》、《并行算法实践》和《并行程序设计》等课程的教学实验中，进行相配套的上机实验。
该多路处理器教学实验箱上有对称的4个处理单元，每个处理单元包含一颗龙芯3A四核处理器。4个处理单元既可通过网络互连为多处理机集群架构，也可通过HT总线互连为CC-NUMA架构。并且多个实验平台可通过网络和HT实现更多的处理器互连。文件系统服务器用来统一存放NFS系统，为处理单元提供内核和文件系统。
多路处理器教学实验箱由处理板和控制板组成。处理板是实验平台的主要部分，可运行多处理器程序，实现并行程序的设计与开发。控制板主要负责把处理板上的网络、串口等资源扩展成标准接口，同时负责给处理板供电和进行相应的控制。
处理板的设计可满足多种并行层次应用上的需求。在HT总线不使用时，实现单处理器结构、SMP结构和SMP集群结构等;在处理器支持Cache一致性的HT通信并使用HT总线的情况下，可以实现4路4核的CC-NUMA结构和CC-NUMA集群结构。因此，利用该处理板可以构建实验平台，进行计算机体系结构教学在多种并行层次上的教学实验。
控制板为用户提供了操作主板的接口，控制板主要包括与每个处理器对应的千兆RJ45网口、可4选1的DB9串口、一个切换按键功能的摇柄开关、4个功能按键和一个控制4个处理器开关的AT89S52单片机;可以通过控制板的功能按键，手动的选择任意一个处理单元的开关机，以及相对应的串口打印串口调试信息和4核、8核、16核以及SMP和CC-NUMA的启动模式的选择。
4核SMP/CMP系统：多路处理器计算机教学实验箱有4个处理单元，每个处理单元包含一个龙芯3A处理器、DDR2内存、以太网卡、BIOS、串口收发芯片以及电源变换电路等。每个处理单元可以独立控制，是一个单芯片多处理器(CMP)或对称多处理器系统(SMP)。
16核SMP系统：多路处理器计算机教学实验箱的4个处理单元可以通过HT总线互连，组成16核的主从式(master-slave)SMP系统。该系统由一台主处理单元记录、控制其它从处理单元的状态，并分配任务给从处理单元。处理单元1为主，其他三个处理单元为从。操作系统在主处理单元上运行，所有处理单元共享处理单元1的存储器、I/O设备等。从处理单元的请求通过陷入传送给主处理机，然后主处理机回答并执行相应的服务操作。主从式SMP系统硬件和软件结构简单，不存在存取冲突和访问阻塞问题，可高效的分配各处理单元的任务，并行执行效率高。
两节点CC-NUMA系统：多路处理器计算机教学实验箱的处理单元可以通过HT总线互连，配置为两路两节点CC-NUMA系统。每个是处理单元看作一个对称多处理器系统(SMP)，将两个处理单元通过HT总线互连，形成的两节点CC-NUMA系统。本实验箱使用HT0接口构成两节点CC-NUMA系统。
四节点CC-NUMA系统：多路处理器计算机教学实验箱的处理单元可以通过HT总线两两互连，配置为四节点CC-NUMA系统。
分布式存储多处理机：分布式存储多处理机也叫做多计算机，是由多个具有本地存储模块的相互独立的处理机通过互连网络连接而成的。这种处理机特点是结构灵活、易扩充，具有较高的可扩放性和计算性。多路处理器计算机教学实验箱的处理单元可以通过网络互连组成分布式存储多处理机。
作品名称：多路处理器计算机教学实验箱
学校或单位：深圳大学
