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一、概述

本文旨在全面解析计算机系统的基本架构，特别是基于通用处理器数量的计算机系统类型。我们将从操作系统的体系结构出发，详细阐述单处理器系统、多处理器系统以及集群系统的特点和优势。

二、单处理器系统（Single Processor Systems）

单处理器系统是指仅配备一个主处理器（CPU）的计算机系统。这个主CPU负责执行用户进程的指令集，并管理其他专用处理器，如磁盘、键盘、图形控制器的处理器。这些专用处理器执行有限的指令集，不执行用户进程。在有的环境下，它们由操作系统管理，发送任务信息给这些处理器，并监控其状态。

三、多处理器系统（Multi Processor Systems）

多处理器系统，也称为并行系统或多核系统，包含两个或多个紧密通信的CPU。这些CPU共享计算机总线，有时还共享时钟、内存和外设等。多处理器系统可提供更高的计算能力和内存访问模型，常用于服务器、桌面和笔记本系统，甚至出现在移动设备上。

多处理器系统的三大优点：

• 增加吞吐量：通过增加处理器数量以提高工作效率。
• 规模经济：多处理器系统的价格低于相同功能的单处理器系统的价格，因为前者可以共享外设和电源供给。
• 增加可靠性：即使一个处理器出现故障，其他处理器仍能继续工作，保持系统的稳定性。

四、对称多处理（Symmetric Multi-Processing, P）

P是多处理器系统中常用的一种形式，其中每个处理器都参与完成操作系统的所有任务。在P系统中，所有处理器平等，没有主从关系，每个处理器都有自己的寄存器集和私有或本地缓存，但所有处理器共享物理内存。

五、集群系统（Clustered Systems）

集群系统是将多个CPU组合在一起的另一种多处理器系统。它由两个或多个独立系统（或节点）组成，每个节点可以是单处理器系统或多核系统。集群系统通过在节点之间进行任务分配和负载均衡，提供高可用性和高性能计算环境。

六、NUMA非一致性处理模型

NUMA（Non-Uniform Memory Access）技术是为了解决P系统扩展性问题而出现的一种技术。它允许将多个CPU模块组合在一个服务器内，每个模块具有独立的本地内存。访问本地内存的速度远高于访问其他模块的内存，这就是NUMA的由来。

七、大规模并行处理（Massively Parallel Processing, MPP）

MPP是一种扩展方式，通过多个P服务器通过节点互联网络进行连接和协同工作。MPP系统完全无共享资源结构，每个节点只访问自己的本地资源，节点间通过数据重分配进行信息交互。这种系统适用于需要处理大规模数据和复杂计算的任务。

八、各种系统的选择与应用

选择何种系统取决于应用需求。例如，当需要处理的事务达到一定规模时，MPP系统的效率要比P好。对于OLTP（联机事务处理）环境，NUMA架构可能更合适；而对于数据仓库环境或需要大量复杂数据处理的任务，则可能需要使用MPP系统。编写应用程序时需理解不同架构的优点和面临的挑战。

【最后结论】

本文详细介绍了单处理器系统、多处理器系统、集群系统、NUMA和MPP等计算机系统的体系结构和特点。理解了这些系统的优势和挑战后，我们可以根据应用需求选择合适的系统类型和架构。每种系统都有其适用的场景和价值，正确选择和使用可以有效提高系统的性能和可靠性。