並行性是指計算機系統具有可以同時進行運算或操作的特性，在同一時間完成兩種或兩種以上工作。並行加工是指計算機系統中多個組件或設備同時對一個產品不同生產過程進行加工。並行加工可以在一定程度上提高效率並提高資源利用率。
基本介紹
- 中文名：並行加工
- 外文名：collateral elaboration
- 學科：計算機
- 定義：多個組件同時進行操作
- 有關術語：並行性
- 領域：計算機系統
簡介,並行加工的級別,實現方式,時間重疊,資源重複,時間重疊+資源重複,資源共享,資源衝突,流水線技術,
簡介
並行估促寒加工是指計算機系統才槳宙微中多個組件或設備同時對一個產品不同生產過程進行加工。在現代生產製造過程中，為了追求最高的效率以適應市場的快速變化，使產品在競爭中獲勝, 進行任務的並行、協同製造是有效的解決方式，即發生時間耦合關係的任務越多，執行的效率就越高。制約並行加工的因素有：資源衝突和數據衝突。並行加工一般通過流水線技術實現。
並行加工的級別
從處理數據的角度看，並行性等級從低到高可分為：
(1)字串位串：同時只對一個字的一位進行處理。這是最基本的串處理方式，不存在並行性。
(2)字串位並：同時對一個字的全部位進行處理，不同字之間是串列的。這裡已開始出現並行性。
(3)字並位串：同時對許多字的一位進行處理。這種方式有較高的並行性。
(4)全並行：同時對許多字的全部位進行處理。這是最高一級的並行性。
從執行程式的角度看，並行性等級從低到高可分為：
(1)指令內部並行：一條指令執行時各微操作之間並行。
(2)指令級並行：並行執行兩條或多條指令。
(3)任務級或過程級並行：並行執行兩個以上過程或任務（程式段）。
(4)作業或程式級並行：並行執行兩個以上作業或程式。
在單處理機系統中，這種並行性升到某一級別後（如任務級或過程級並行），需要通過軟體（如操作盛邀主系統中的進程管理、作業管理）來實現；而在多處理機系統中，已具備了完成各項任務或凳戰祝作業的處理機，其並行性是由硬體實現的。在一個計算機系統中，可以採取多種並行性措施，既可以有數據處理方面的並行性，也可以有執行程式方面的並行性。當並行性提高到一定級別時，稱為進入並行處理領域。凳屑拒例如，處理數據的並行性達到字並位串級，或者執行程式的並行性達到任務或過程級，就可以認為進入並行處理領域。
實現方式
時間重疊
時間重疊即時間並行。在並行性概念中引入時間因素，即多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套硬體設備的各個部分，以加快硬體周轉時間而贏得速度。
資源重複
資源重複即空間並行。在並行性概念中引入空間因素，以數量取勝的原則，通過重複設定硬體資源，大幅度提高計算機系統的性能，隨著硬體價格的降低，這種方式在單處理機中廣泛使用，而多處理機本身就是實施“資源重複”原理的結果。
時間重疊+資源重複
在計算機系統中同時運用時間並行和空間並行技術，這種方式在計算機系統中得到廣泛使用，成為並行性主流技術。
資源共享
這是一種軟體方法。它使多個任務按一定時間順序輪流使用同一套硬體設備。例如多道程式、分時系統就是遵循“資源共享”原理而產生的。資源共享既降低了成本，又提高了計算機設備的利用率。
資源衝突
並行執行任務在棗訂阿獄請求使用同一類型資源時，可能發生資源衝突, 稱這些資源為衝突資源。由於格線中的設備具有獨占性的特點，即在某一時間段內一台設備上只能執行一個任務，只有等這一任務執行完畢並釋放資源後才能開始執行下一任務，而在格線中多個任務同時請求使用一台設備的情況是可能的而且普遍存在，所以在製造格線環境下 ，資源衝突問題顯得更為突出和嚴重。 為此, 在進行衝突資源的分配時，應同時兼顧任務、資源、操作者三者的關係。 主要考慮兩個因素：一是設備的實際加工能力要與任務墓店對設備加工能力的需求相適應；二是考慮設備操作者的意願。 設備操作者的選擇傾向將直接影響他們執行任務的興趣，從而影響產品的交貨期、加工質量和售後服務等。 因此，下面的方法將在任務需求與資源能力進行匹配的基礎上，適當考慮設備操作者的意願，實現產品並行加工。
流水線技術
用於提高計算機運算速度和提高各個部件使用效率的一種技術，其實質是利用時間重疊的方式來實現並行處理。在具體實現上，把計算機的指令執行過程或一些費時的操作分解成若干個可獨立執行的步，並設定一些執行部件(通常稱為站)來分別完成這些步。這樣，可在同一時間內重疊處理多條指令或多個操作的各個步。這種結構類似於工業生產中流水線的概念。20世紀紀六七十年代，流水線技術只用於昂貴的大型計算機或巨型計算機，例如CDC公司的6600計算機、IBM公司的360/91、Cray公司的Cray-1等。到80年代，由於微電子技術的飛速發展，邏輯元件的成本大幅度下降，集成度大幅度提高，流水線技術已推廣到各類計算機中，甚至微型計算機中也採用了流水線技術。
計算機流水線主要分為指令流水線和運算流水線兩類。指令流水線技術的實質是將指令執行過程分解為若干步，如取指令、指令解碼、形成運算元有效地址、取運算元和執行指令。若將這五個步驟分配到能獨立工作的站中去重疊執行，則可大大加快執行速度，縮短平均執行時間。採用運算流水線的目的也是為了加快計算機中的某些很費時間的運算的執行速度，例如浮點運算、乘法、除法等。浮點加法運算一般可分為四個步驟，即對階、尾數相加、規格化和捨入及再規格化等。這四個步驟可用一條由小卜站構成的流水線重疊執行。流水線技術已廣泛地套用在各類計算機中，80年代後期以來又得到了較大發展，出現了超標量、超流水線和超長指令字的體系結構，出現了多條流水線或多個功能部件的體系結構。
流水線技術
用於提高計算機運算速度和提高各個部件使用效率的一種技術，其實質是利用時間重疊的方式來實現並行處理。在具體實現上，把計算機的指令執行過程或一些費時的操作分解成若干個可獨立執行的步，並設定一些執行部件(通常稱為站)來分別完成這些步。這樣，可在同一時間內重疊處理多條指令或多個操作的各個步。這種結構類似於工業生產中流水線的概念。20世紀紀六七十年代，流水線技術只用於昂貴的大型計算機或巨型計算機，例如CDC公司的6600計算機、IBM公司的360/91、Cray公司的Cray-1等。到80年代，由於微電子技術的飛速發展，邏輯元件的成本大幅度下降，集成度大幅度提高，流水線技術已推廣到各類計算機中，甚至微型計算機中也採用了流水線技術。
計算機流水線主要分為指令流水線和運算流水線兩類。指令流水線技術的實質是將指令執行過程分解為若干步，如取指令、指令解碼、形成運算元有效地址、取運算元和執行指令。若將這五個步驟分配到能獨立工作的站中去重疊執行，則可大大加快執行速度，縮短平均執行時間。採用運算流水線的目的也是為了加快計算機中的某些很費時間的運算的執行速度，例如浮點運算、乘法、除法等。浮點加法運算一般可分為四個步驟，即對階、尾數相加、規格化和捨入及再規格化等。這四個步驟可用一條由小卜站構成的流水線重疊執行。流水線技術已廣泛地套用在各類計算機中，80年代後期以來又得到了較大發展，出現了超標量、超流水線和超長指令字的體系結構，出現了多條流水線或多個功能部件的體系結構。
