第六章 并行处理机

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1、第六章并行处理机1并行处理机并行处理机（ParallelProcessor）也称为阵列处理机（ArrayProcessor），通过重复设置大量相同的处理单元PE（ProcessingElement），将它们按一定方式互连成阵列，在单一控制部件CU（ControlUnit）控制下，对各自所分配的不同数据并行执行同一组指令规定的操作。操作级并行的SIMD计算机。26.1并行处理机的结构和特点并行处理机按存储器的分布方式可分为两类：①分布式存储器结构各PE均有局部存储器PEMi②集中式共享存储器结构各PE无局部存储器PEMi,均通过互连网络共享主存并行

2、处理机的特点:通过资源重复，解决向量、阵列类的计算问题，体现了并行性中的同时性，缺点是专用性强，处理单元的时间利用率低，系统造价较高，但提高速度的潜力大。并行处理机的实际速度还要受标量运算的影响。3LM0互连网络……PE0CULM1PE1LMn-1PEn-1IOP……分布式存储器结构4PE0互连网络……CUPE1PEn-1IOPSM0……SM1SMk-1集中式共享存储器结构56.2SIMD计算机的互连网络互连网络是一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用于实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的相互连接。在SIMD计算机中

3、，处理单元与处理单元或存储分体之间要通过互连网络进行信息交换。6互连网络的作用用来实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的相互连接。互连网络已成为并行处理系统的核心组成部分。互连网络对整个计算机系统的性能价格比有着决定性的影响。7磁盘SM1SM2SMmIPMN……CnPnLMC1P1LMIPCN……………………PION磁带打印机终端网络…(共享存储器)(共享I/O与外设)具有本地存储器、私有高速缓存、共享存储器和共享外围设备的一般处理机系统的互连结构8互连网络的特性互连网络通常是用有向边或无向边连接有限个结点的组成互连网络的主要特性有：网

4、络规模：网络中结点的个数结点度：与结点相连接的边数称为结点度。包括入度和出度。进入结点的边数叫入度，从结点出来的边数则叫出度距离：两个结点之间相连的最少边数网络直径：网络中任意两个结点间距离的最大值。用结点间的连接边数表示结点间的线长：两个结点间连线的长度。用米、公里等表示对称性：从任何结点看到拓扑结构都是一样的网络称为对称网络。对称网络比较易实现，编程也较容易。9互连网络在传输方面的主要性能参数频带宽度(Bandwidth)：互连网络传输信息的最大速率。传输时间(Transmissiontime)：消息长度/频宽飞行时间(Timeoffligh

5、t)：第一位信息到达接收方所花费的时间。发送方开销(Senderoverhead)：处理器把消息放到互连网络的时间。接收方开销(Receiveroverhead)：处理器把消息从网络取出来的时间。一个消息的总时延可以用下面公式表示：总时延＝发送方开销＋飞行时间＋消息长度/频宽＋接收方开销10例题假设一个网络的频宽为10Mb/S，发送方开销为230us，接收方开销为270us。如果两台机器相距100米，现在要发送一个1000字节的消息给另一台机器，试计算总时延。如果两台机器相距1000公里，那么总时延为多大？解：光的速度为299792.5KM/S，

6、信号在导体中传递速度大约是光速的50％，相距100米时总时延为：11相距1000公里时的总时延为：12互连网络的表示方法（1）互连函数表示法为反映互连网络的连接特征，常用函数的形式进行描述，称为互连函数，它反映的是从输入端到输出端的映象关系。设用x表示具有N个输入端的网络输入序号，则输出端的序号用函数f(x)表示。设x是一个n位的二进制数，即x=bn-1bn-2…b1b0，其中n=log2N。则f(x)因函数的不同，而有不同的表达式，例如：交换互连函数f(x)=f(bn-1bn-2…b1b0)=bn-1bn-2…b1b0全混洗互连函数f(x)=f

7、(bn-1bn-2…b1b0)=bn-2…b1b0bn-113互连网络的表示方法（2）输入输出对应表示法（3）循环函数表示法14互联函数的表示方式（续）（4）图形法星型网络结构15※基本的单级互连网络恒等置换交换置换立方体置换PM2I置换换洗交换网络蝶形互连函数ILLIAC网16恒等置换也称为直通互连，是指输出端与相同序号的输入端对应连接。其互连函数为：f(x)=f(bn-1bn-2…b1b0)=bn-1bn-2…b1b0其示意如下所示，左边表示输入端，右边表示输出端17交换置换交换置换（Exchange）实现输入端与地址中某一位取反的输出端连接

8、：Exchange(bn-1bn-2…b1b0)=bn-1bn-2…b1b0012345670123456718立方体置换如果设N=8，