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1、第十卷第一期安徽电气工程职业技术学院学报2005年3月Vol.10,No.1JOURNALOFANHUIELECTRICALENGINEERINGPROFESSIONALTECHNIQUECOLLEGEMarch2005几种并行计算模型的分析X程球(安徽大学,安徽合肥230039)[摘要]讨论了几种不同的并行计算模型:PPAM模型、BSP模型、SCCM模型,并分析了各种模型之间的应用模式和异同。[关键词]并行计算;模型;网络[中图分类号]TP301.6[文献标识码]A[文章编号]1672-9706(2005)01-0078
2、-03AnalysisonParallelComputingModelCHENGQiu(AnhuiUniversity,Hefei230039,China)[Abstract]Someparallelcomputingmodels,whicharePPAMmodels,BSPmodelandSCCMmodelarediscussed.Theabovecomputingmodelarealsocomparedinseveralaspects.[Keywords]parallelcomputing;model;network1
3、介绍所谓计算模型实际上就是硬件与软件之间的一种桥梁,使用它能够设计分析算法,在其上高级语言能被有效地编译且能够用硬件来实现。在串性计算时,冯·诺依曼机就是一个理想的串性计算模型。但在并行计算时,尚未有一个类似于冯·诺依曼机的真正通用的并行计算模型,因而急需发展一种更为实用、能够较真实反映现代并行机性能的并行计算模型。下面对目前流行的各种并行计算模型进行介绍。2基本并行计算模型2.1PRAM模型PRAM(ParallelRandomAccessMachine)模型,即并行随机存取机器,也称之为共享存储的SIMD模型,是一种抽
4、象的并行计算模型。在这种模型中,假定存在一个容量无限大的共享存储器;有有限或无限个功能相同的处理器,且均具有简单的算术运算和逻辑判断功能;在任何时刻各处理器均可通过共享存储单元相互交换数据。PRAM模型特别适合于并行算法的表达、分析和比较;使用简单,很多诸如处理器间通信、存储管理和进程同步等并行机的低级细节均隐含于模型中;易于设计算法和稍加修改便可运行于不同的并行机上。由于PRAM是一个同步模型,意味着指令按照锁步方式执行,共享单一存储器的假定,显然不适合于分布存储的异步MIMD机器。2.2BSP模型在BSP模型中,计算系
5、由一系列用全局同步分开的周期为L的超级步所组成。在各超级步中,每个处理器均执行计算,并通过选路接收和发送消息;然后做全局检查,以确定该超级步是否由所有的处理器完成。BSP模型是一个分布存储的MIMD计算模型,其特点是:将处理器和选路器分开,强调了计算任务X收稿日期:2005-02-07作者简介:程球(1970-),男,安徽合肥人,安徽大学计算机系硕士研究生。·78·©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http:/
6、/www.cnki.net程球:几种并行计算模型的分析和通信任务的分开,而选路器实行点到点的消息传递,不提供组合、复制或广播等功能,这样既掩盖了具体的互连网络拓扑,又简化通信协议;采用故障方式的以硬件实现的全局同步是在可控的粗粒度级,从而提供了执行紧耦合同步式并行算法的有效方式;在分析BSP模型的性能时,假定局部操作可在一个时间步内完成,而在每一超级步中,一个处理器至多发送或接收h条消息;为PRAM模型所设计的算法,均可采用在每个BSP处理器模拟一些PRAM处理器的方法实现之。2.3LogP模型根据前面的描述,共享存储系统
7、PRAM模型与互连网络的SIMD模型作为开发并行算法还不够合适,因为它们既未包含分布存储的情况,也未考虑通信同步等实际因素。在此背景下,从而也不能精确地反映运行在真实并行机上的算法性态。LogP模型是一种分布存储的、点到点通信的多处理机模型,模型不涉及具体的网络结构。LogP模型充分揭示了分布存储并行机的性能瓶颈,参数刻画了通信网络特性,但屏蔽了网络的拓扑、选路算法和通信协议等细节。尽管拓扑结构对网络性能影响很大,但LogP模型在计算通信时间上却屏蔽了这一点;在LogP模型中假定每个节点只有一个处理器,用于计算又用于负责接
8、收和发送消息,所以为了发送或接收一个字,处理器要付出开销o。尽管在某些并行机中使用了特殊的硬件支持数据的广播、前缀运算或全局同步等,但LogP模型中必须通过隐含地发送消息来执行这些操作,因为用硬件完成这些操作,其功能是受到限制的。3扩展并行计算模型3.1SCCM模型SCCM模型是基于同步无缓冲通信的多计
