並行計算機體系結構

並行計算機體系結構

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,它包括同時性與並發性兩種含義,時間重疊、資源共享兩種技術途徑。

基本介紹

  • 中文名:並行計算機體系結構
  • 外文名:Parallel computer architecture
  • 解釋:可以同時進行運算或操作的特性
  • 包括:同時性與並發性兩種含義
  • 技術途徑:時間重疊、資源共享
並行性,技術途徑,指令,

並行性

同時性:兩個或兩個以上的事件在同一時刻發生。
並發性:兩個或兩個以上的事件在同一時間間隔發生。
分類
⑴從處理數據的角度看,並行性等級從低到高可分為四類。
字串位串
同時只對一個字的一位進行處理。這是最基本的串列處理方式,不存在並行性。
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。
字並位串
同時對許多字的同一位進行處理。這種方式有較高的並行性。
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。
⑵從執行程式的角度看,並行性等級從低到高也可分為四類。
指令內部並行
一條指令執行時各微操作之間的並行。
指令級並行
並行執行兩條或多條指令。
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)。
作業或程式級並行
並行執行兩個以上作業或程式。

技術途徑

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。

指令

並行計算機的分類及基本結構(採用擴展的Flynn分類):
1. SIMD(單指令多數據流)
SM--Vector Pipelined 向量流水計算機
DM--Processor Array SIMD陣列機
2. MIMD(多指令多數據流)
SM--SMP(UMA) 對稱式多處理機 UMA Uniform-memory-access
VSM--cc-NUMA NonUniform-memory-access
DM
MPP 大規模並行處理機
BeoWulf
SMP cluster
其中,MIMD中的又分兩類
(1).共享存儲型:具有統一的地址空間,任何一個處理器都可以直接訪問到存儲空間中的第一個存儲單元.
UMA 物理存儲器被所有處理機均勻共享,所有處理機對所有存儲字具有相同的存取時間.
cc-NUMA 訪問時間隨存儲字的位置不同而變化.
COMA 只用高速快取的多處理機遠程高速快取訪問則藉助於分布高速快取目錄進行.
(2).分散式存儲型:不具有統一的地址空間,每個處理器只能訪問部分存儲資源.

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