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並行計算(ParallelComputing)是指同時使用多種計算資源解決計算問題的過程。為執行並行計算,計算資源應包括一台配有多處理機(並行處理)的計算機、一個與網絡相連的計算機專有編號,或者兩者結合使用。並行計算的主要目的是快速解決大型且複雜的計算問題。此外還包括:利用非本地資源,節約成本―使用多個“廉價”計算資源取代大型計算機,同時克服單個計算機上存在的存儲器限製。
特征
為利用並行計算,通常計算問題表現為以下特征:
(1)將工作分離成離散部分,有助於同時解決;
(2)隨時並及時地執行多個程序指令;
(3)多計算資源下解決問題的耗時要少於單個計算資源下的耗時。
並行計算是相對於串行計算來說的,所謂並行計算分為時間上的並行和空間上的並行。時間上的並行就是指流水線技術,而空間上的並行則是指用多個處理器並發的執行計算。
基本體係結構
並行計算科學中主要研究的是空間上的並行問題。從程序和算法設計人員的角度來看,並行計算又可分為數據並行和任務並行。一般來說,因為數據並行主要是將一個大任務化解成相同的各個子任務,比任務並行要容易處理。
空間上的並行導致了兩類並行機的產生,按照Flynn的說法分為:單指令流多數據流(SIMD)和多指令流多數據流(MIMD)。我們常用的串行機也叫做單指令流單數據流(SISD)。MIMD類的機器又可分為以下常見的五類:並行向量處理機(PVP)、對稱多處理機(SMP)、大規模並行處理機(MPP)、工作站機群(COW)、分布式共享存儲處理機(DSM)。
訪存模型
並行計算機有以下四種訪存模型:
均勻訪存模型(UMA)
非均勻訪存模型(NUMA)
全高速緩存訪存模型(COMA)
一致性高速緩存非均勻存儲訪問模型(CC-NUMA)和非遠程存儲訪問模型(NORMA)。
計算模型
不像串行計算機那樣,全世界基本上都在使用馮·諾伊曼的計算模型;並行計算機沒有一個統一的計算模型。不過,人們已經提出了幾種有價值的參考模型:PRAM模型,BSP模型,LogP模型,C^3模型等。
網絡設置
靜態連接
並行計算機是靠網絡將各個處理機或處理器連接起來的,一般來說有以下幾種方式:處理單元間有著固定連接的一類網絡,在程序執行期間,這種點到點的鏈接保持不變;典型的靜態網絡有一維線性陣列、二維網孔、樹連接、超立方網絡、立方環、洗牌交換網、蝶形網絡等。
動態連接
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用交換開關構成的,可按應用程序的要求動態地改變連接組態;典型的動態網絡包括總線、交叉開關和多級互連網絡等。
基本術語
節點度:射入或射出一個節點的邊數。在單向網絡中,入射和出射邊之和稱為節點度。
網絡直徑:網絡中任何兩個節點之間的最長距離,即最大路徑數。
對剖寬度:對分網絡各半所必須移去的最少邊數。
對剖寬度:每秒鐘內,在最小的對剖平麵上通過所有連線的最大信息位(或字節)。
並行計算機性能度量
1.基本指標
執行時間
工作負載
存儲性能
2.加速比評測
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理定nosfotsaG
理定iN-nuS
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準標率效等
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