第11章 并 行 处 理

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1、第11章并行处理本章主要内容本章讲述并行处理及SIMD并行处理计算机。介绍共享存储和分布式存储处理机的结构、典型的并行算法等。以典型的SIMD处理机为例，深入讲述处理机内部结构。最后讲述SIMD计算机应用领域和阵列处理机算法。学习时重点掌握并行处理的有关概念与处理方式、阵列算法等。11.1并行处理的概念11.2并行处理机基本结构11.3SIMD计算机基本结构11.4SIMD计算机的应用11.1并行处理的概念11.1.1并行性并行性有两个含义：一是同时性（Simultaneity），是指两个或多个事件在同一时刻发生在多个资源中；二是并发性（Conc

2、urrency），指两个或多个事件在同一时间间隔内发生在多个资源中。11.1.2并行性的等级和分类1．从计算机信息加工的各个步骤和阶段的角度，并行性等级可分为如下4种。（1）存储器操作并行性。（2）处理器操作步骤并行。（3）处理器操作并行。（4）指令、任务、作业的并行。2．从系统结构发展来看，并行性可分为如下4种。（1）高性能的单处理机（2）SIMD并行处理机（3）多处理机、多计算机系统（4）非冯.诺依曼计算机（属于多处理机系统）3．程序划分和并行粒度。并行粒度和通信时延密切相关，用以下公式表示（假设系统有P个处理器）G=Tw/Tc在程序执行过程

3、中通常可以划分为五个等级或五层次：作业级、任务级、例行程序级或子程序级循环和迭代级、语句和指令级。具体来讲，这些并行性的级别为：（1）指令级（2）循环级（3）子任务级（4）任务级（5）作业（程序）级11.2并行处理机基本结构11.2.1并行处理机的典型结构图11-2共享存储器的并行处理机结构图图11-3分布存储器的并行处理机结构图11.2.2并行处理机的特点1．并行处理机依靠的并行措施主要是资源重复，而不像向量机是时间的重叠。2．并行处理机使用的多处理单元通过互连网络连接在一起。11.3SIMD计算机基本结构11.3.1IlliacIV计算机图1

4、1-4IlliacIV的系统结构框图1．IlliacIV处理阵列2．阵列控制器（1）CU总线。（2）公共数据总线CDB（CommonDataBus）。（3）模式位线（ModeBitLine，MBL）。（4）指令控制线。3．输入输出系统输入输出开关IOS（InputOutputSwitch）、控制描述字控制器CDC（ControlDescriptionWordController）和输入输出缓冲存储器BIOM（BufferofInputandOutputMemory）。IOS有两个功能，一是开关功能;二是作为DFS和PEM之间的缓冲，11.3.2B

5、urroughsBSP计算机图11-7BSP科学处理机系统组成1．BSP处理机的组成2．并行存储器BSP存储器的一个独特的性能是它可以实现16个单元的无冲突访问。3．BSP的数据流水线结构图11-9BSP数据流水线结构11.3.3CM-2计算机1．处理机阵列可以包含4～64KB处理器。2．寻径器、NEWS网格和扫描机构（1）寻径器（2）NEWS网格（3）扫描机构3．输入输出系统11.4SIMD计算机的应用11.4.1连续模型及差分计算连续模型和离散模型（又称为粒子模型）。连续和离散两种模型在计算时呈现不同的特性。11.4.2阵列处理机的几种基本算

6、法1．矩阵加2．矩阵乘3．累计和