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并行计算机体系结构

《并行机体系结构(网络版)》介绍了并行计算机体系结构的基本概念、基本原理、基本分析和设计方法。

同时性:两个或两个以上的事件在同一时刻发生。

并发性:两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生。

分类

⑴从处理数据的角度看,并行性等级从低到高可分为四类。

字串位串

同时只对一个字的一位进行处理。这是最基本的串行处理方式,不存在并行性。

字串位并

同时对一个字的全部位进行处理,不同字之间是串行的。这里已开始出现并行性。

字并位串

同时对许多字的同一位进行处理。这种方式有较高的并行性。

全并行

同时对许多字的全部位进行处理。这是最高一级的并行。

⑵从执行程序的角度看,并行性等级从低到高也可分为四类。

指令内部并行

一条指令执行时各微操作之间的并行。

指令级并行

并行执行两条或多条指令。

任务级或过程级并行

并行执行两个以上过程或任务(程序段)。

作业或程序级并行

并行执行两个以上作业或程序。

时间重叠

时间重叠即时间并行。在并行性概念中引入时间因素,即多个处理过程在时间上相互错开,轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分,以加快硬件周转时间而赢得速度。

资源重复

资源重复即空间并行。在并行性概念中引入空间因素,以数量取胜的原则,通过重复设置硬件资源,大幅度提高计算机系统的性能,随着硬件价格的降低,这种方式在单处理机中广泛使用,而多处理机本身就是实施"资源重复"原理的结果。

时间重叠+资源重复

在计算机系统中同时运用时间并行和空间并行技术,这种方式在计算机系统中得到广泛使用,成为并行性主流技术。

资源共享

这是一种软件方法。它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。例如多道程序、分时系统就是遵循"资源共享"原理而产生的。资源共享既降低了成本,又提高了计算机设备的利用率。

并行计算机的分类及基本结构(采用扩展的Flynn分类):

1. SIMD(单指令多数据流)

SM--Vector Pipelined 向量流水计算机

DM--Processor Array SIMD阵列机

2. MIMD(多指令多数据流)

SM--SMP(UMA) 对称式多处理机 UMA Uniform-memory-access

VSM--cc-NUMA NonUniform-memory-access

DM

MPP 大规模并行处理机

BeoWulf

SMP cluster

其中,MIMD中的又分两类

(1).共享存储型:具有统一的地址空间,任何一个处理器都可以直接访问到存储空间中的第一个存储单元.

UMA 物理存储器被所有处理机均匀共享,所有处理机对所有存储字具有相同的存取时间.

cc-NUMA 访问时间随存储字的位置不同而变化.

COMA 只用高速缓存的多处理机远程高速缓存访问则借助于分布高速缓存目录进行.

(2).分布式存储型:不具有统一的地址空间,每个处理器只能访问部分存储资源.

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