欧美精品一二区,性欧美一级,国产免费一区成人漫画,草久久久久,欧美性猛交ⅹxxx乱大交免费,欧美精品另类,香蕉视频免费播放

并行處理機(jī)和多處理機(jī).ppt

上傳人:za****8 文檔編號(hào):14419102 上傳時(shí)間:2020-07-20 格式:PPT 頁(yè)數(shù):52 大?。?63.06KB
收藏 版權(quán)申訴 舉報(bào) 下載
并行處理機(jī)和多處理機(jī).ppt_第1頁(yè)
第1頁(yè) / 共52頁(yè)
并行處理機(jī)和多處理機(jī).ppt_第2頁(yè)
第2頁(yè) / 共52頁(yè)
并行處理機(jī)和多處理機(jī).ppt_第3頁(yè)
第3頁(yè) / 共52頁(yè)

下載文檔到電腦,查找使用更方便

14.9 積分

下載資源

還剩頁(yè)未讀,繼續(xù)閱讀

資源描述:

《并行處理機(jī)和多處理機(jī).ppt》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《并行處理機(jī)和多處理機(jī).ppt(52頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第八章 并行處理機(jī)和多處理機(jī),并行處理機(jī)又叫SIMD計(jì)算機(jī)。它是單一控制部件控制下的多個(gè)處理單元構(gòu)成的陣列,所以又稱為陣列處理機(jī)。 多處理機(jī)是由多臺(tái)獨(dú)立的處理機(jī)組成的系統(tǒng)。 并行處理機(jī)結(jié)構(gòu)和實(shí)例 多處理機(jī)結(jié)構(gòu)和實(shí)例,并行處理計(jì)算機(jī)模型 并行處理機(jī)定義:多個(gè)PU按照一定方式互連,在同一個(gè)CU控制下,對(duì)各自的數(shù)據(jù)完成同一條指令規(guī)定的操作。從CU看,指令是串行執(zhí)行的,從PU看,數(shù)據(jù)是并行處理的。并行處理機(jī)也稱為陣列處理機(jī)。按照佛林分類法,它屬于SIMD計(jì)算機(jī)。 并行處理機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域:主要用于高速向量或矩陣運(yùn)算中。,8.1 并行處理機(jī)結(jié)構(gòu)和實(shí)例,下圖是H.J.Siegel提出的SIMD計(jì)算機(jī)的操作模型

2、,并行處理機(jī)的操作模型可用五元組來表示:M(N,C,I,M,R), 其中: N為PE個(gè)數(shù)。如IlliacIV有64個(gè)PE。 C為由控制部件CU直接執(zhí)行的指令集,包括標(biāo)量指令和程序控制指令。I為所有PE并行執(zhí)行的指令集,包括算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)尋徑、屏蔽以及其它由每個(gè)活動(dòng)的PE對(duì)它的數(shù)據(jù)所執(zhí)行的局部操作。M為屏蔽操作集,每種屏蔽將PE劃分為允許操作和禁止操作兩個(gè)子集。 R是數(shù)據(jù)尋徑集,說明互連網(wǎng)絡(luò)中PE間通信所需要的各種設(shè)置模式。,并行處理機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 兩種SIMD計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu): 分布存儲(chǔ)器并行處理機(jī) 共享存儲(chǔ)器并行處理機(jī) 一臺(tái)并行處理機(jī)由五個(gè)部分組成:多個(gè)處理單元PE多個(gè)存

3、儲(chǔ)器模塊M一個(gè)控制器CU一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)ICN一臺(tái)輸入輸出處理機(jī)IOP,目前的大部分并行處理機(jī)是基于分布式存儲(chǔ)器模型的系統(tǒng)。 比較容易構(gòu)成MPP(Massively Parallel Processor),幾十萬個(gè)PE。 必須依靠并行算法來提高PE的利用率。因此,應(yīng)用領(lǐng)域很有限。 CU是控制部件,執(zhí)行標(biāo)量指令,并把向量指令廣播到各個(gè)PE中。在CU中通常有一個(gè)較大容量的存儲(chǔ)器。 IOP是輸入輸出處理機(jī),或稱為主機(jī)。在IOP上安裝操作系統(tǒng),它除了負(fù)擔(dān)輸入輸出工作外,還負(fù)責(zé)程序的編輯、編譯和調(diào)試等工作。 數(shù)據(jù)在局部存儲(chǔ)器中的分布是一個(gè)很關(guān)鍵的問題。 標(biāo)量指令與向量指令可以并發(fā)執(zhí)行。,1、分布存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu),

4、共享的多體并行存儲(chǔ)器 SM 通過互連網(wǎng)絡(luò)與各處理單元PE相連。 存儲(chǔ)模塊的數(shù)目等于或略大于處理單元的數(shù)目。 同時(shí)在存儲(chǔ)模塊之間合理分配數(shù)據(jù),通過靈活、高速的互連網(wǎng)絡(luò),使存儲(chǔ)器與處理單元之間的數(shù)據(jù)傳送在大多數(shù)向量運(yùn)算中都能以存儲(chǔ)器的最高頻率進(jìn)行,而最少受存儲(chǔ)沖突的影響。 共享存儲(chǔ)器模型的處理單元數(shù)目一般不多,幾個(gè)至幾十個(gè)。 Burroughs Scientific Processor (BSP)采用了這種結(jié)構(gòu)。16個(gè)PE通過一個(gè)1617的對(duì)準(zhǔn)互連網(wǎng)絡(luò)訪問17個(gè)共享存儲(chǔ)器模塊。 存儲(chǔ)器模塊數(shù)與PE數(shù)互質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)無沖突并行訪問存儲(chǔ)器。,2. 共享存儲(chǔ)器并行處理機(jī),,PE0,互連網(wǎng)絡(luò),,,CU,,PE

5、1,,PEn-1,IOP,,,,,,SM0,,,,SM1,,SMk-1,,,,,并行處理機(jī)的主要特點(diǎn)如下: 速度快,特別適于高速數(shù)值計(jì)算。 SIMD依靠的是資源重復(fù),而不是時(shí)間重疊。它依靠增加PE個(gè)數(shù),與流水線處理機(jī)主要依靠縮短時(shí)鐘周期相比,其提高速度的潛力要大得多。 依賴于互連網(wǎng)絡(luò)和并行算法?;ミB網(wǎng)絡(luò)決定了PE之間的連接模式,也決定了并行處理機(jī)能夠適應(yīng)的算法。 需要有一臺(tái)高性能的標(biāo)量處理機(jī)。如果一臺(tái)機(jī)器的向量處理速度極高,但標(biāo)量處理速度只是每秒一百萬次,那么對(duì)于標(biāo)量運(yùn)算占10的題目來說,總的有效速度就不過是每秒一千萬次。 SIMD基本上是一臺(tái)向量處理專用計(jì)算機(jī)。盡管它有一個(gè)功能很強(qiáng)的控制部件

6、實(shí)際上起作標(biāo)量處理機(jī)的作用,但仍然必須和一臺(tái)高性能單處理機(jī)配合工作,使后者擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的全部管理功能。,并行處理機(jī)的特點(diǎn),IlliacIV 是最先采用SIMD結(jié)構(gòu)的并行機(jī) 隨后一個(gè)方向是用位片PE制造的并行機(jī),如Goodyear MPP、AMT/DAP 610和TMC/CM-2。CM-5是以SIMD模式運(yùn)行的同步MIMD計(jì)算機(jī)。另一方向是用字寬運(yùn)算PE的中粒度SIMD計(jì)算機(jī)。 并行處理機(jī)的兩個(gè)發(fā)展方向: 保留陣列結(jié)構(gòu),但每個(gè)處理單元的規(guī)模減小,如一個(gè)bit。去掉陣列結(jié)構(gòu)和分布存儲(chǔ)器。 Burroughs公司的BSP是典型代表。 GF-11是由IBM Watson實(shí)驗(yàn)室研制、作科學(xué)模擬研究用的。Ma

7、sPar MP1是中粒度并行處理機(jī)的典型代表。 下面介紹并行處理機(jī)的兩種典型代表: 采用陣列結(jié)構(gòu)分布存儲(chǔ)器的IlliacIV并行處理機(jī)去掉陣列結(jié)構(gòu)和分布存儲(chǔ)器BSP并行處理機(jī)。,并行處理機(jī)實(shí)例,1963年,美國(guó)西屋電器公司提出“Slotnick,The SOLOMON Computer,Simultaneous Operation linked Ordinal Modular Network”。 1966年美國(guó)國(guó)防遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPR與伊利諾依大學(xué)簽定合同。原計(jì)劃:256個(gè)PE,每個(gè)PE每240ns處理一個(gè)64位的浮點(diǎn)數(shù),每個(gè)局部存儲(chǔ)器PEM為2K?64位,總的運(yùn)算速度為1GFLOPS。 美

8、國(guó)Burroughs公司和伊利諾依大學(xué)于1972年共同設(shè)計(jì)和生產(chǎn),1975年實(shí)際投入運(yùn)行。用了4倍的經(jīng)費(fèi),只達(dá)到1/20的速度。只實(shí)現(xiàn)了8?864個(gè)PE,只達(dá)到50MFLOPS。 IlliacIV系統(tǒng)的影響非常大。它是并行處理機(jī)的典型代表,也是分布存儲(chǔ)器并行處理機(jī)的典型代表。 IlliacIV系統(tǒng)由三大部分組成。IlliacIV處理機(jī)陣列,陣列控制器,一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的Burroughs B6700計(jì)算機(jī)。,1 IlliacIV 陣列處理機(jī),1、IlliacIV處理陣列 IlliacIV處理陣列由8864個(gè)PU組成。每個(gè)PU由處理部件PE和它的局部存儲(chǔ)器PEM組成。 每一個(gè)PUi只和它的東、西、南、北

9、四個(gè)近鄰直接連接。PUi+1 mod 64、PUi-1 mod 64、PUi+8 mod 64、PUi-8 mod 64 南北方向上同一列的PU連成一個(gè)環(huán),東西方向上構(gòu)成一個(gè)閉合螺線。 采用閉合螺線最短距離不超過7步。而普通網(wǎng)格最短距離不超過8步。 例如:從PU0到PU36的距離:采用普通網(wǎng)格必須8步:PU0 PU1 PU2 PU3 PU4 PU12 PU20 PU28 PU36或 PU0 PU8 PU16 PU24 PU32 PU33 PU34 PU35 PU36或 (等于8步的很多,大于8步的更多)如果采用閉合螺旋線,只需要7步:PU0 PU63 PU62 PU61 PU60 PU52 P

10、U44 PU36,普通網(wǎng)格必須8步:PU0 PU1 PU2 PU3 PU4 PU12 PU20 PU28 PU36或 PU0 PU8 PU16 PU24 PU32 PU33 PU34 PU35 PU36或 閉合螺旋線只要7步:PU0 PU63 PU62 PU61 PU60 PU52 PU44 PU36或 PU0 PU63 PU55 PU47 PU39 PU38 PU37 PU36或 ,2、陣列控制器 陣列控制器CU實(shí)際上是一臺(tái)小型控制計(jì)算機(jī)。對(duì)陣列處理單元實(shí)行控制和完成標(biāo)量操作。標(biāo)量操作與各PE的數(shù)組操作可以重疊執(zhí)行。 控制器的功能有以下五個(gè)方面:(1) 對(duì)指令進(jìn)行譯碼,并執(zhí)行標(biāo)量指令;(2)

11、 向各處理單元發(fā)出執(zhí)行數(shù)組操作指令所需的控制信號(hào);(3) 產(chǎn)生和向所有處理單元廣播公共的地址;,(4) 產(chǎn)生和向所有處理單元廣播公共的數(shù)據(jù);(5) 接收和處理PE、I/O操作以及B6700產(chǎn)生的陷阱中斷信號(hào)。 2、輸入輸出系統(tǒng) IlliacIV的輸入輸出系統(tǒng)由磁盤文件系統(tǒng)DFS、I/O分系統(tǒng)和一臺(tái)B6700處理機(jī)組成。 I/O分系統(tǒng)又由輸入輸出開關(guān)IOS、控制描述字控制器CDC和輸入輸出緩沖存儲(chǔ)器BIOM三個(gè)部分組成。,試在含一個(gè)PE的SISD機(jī)和在含m個(gè)PE的且連接成一線性環(huán)的SIMD機(jī)上計(jì)算下列求內(nèi)積的表達(dá)式。 假定完成每次ADD操作需2個(gè)單元時(shí)間,完成每次MULTIPLY操作需4個(gè)單位時(shí)

12、間,沿雙向環(huán)在相鄰PE間移數(shù)需1個(gè)單位時(shí)間。 (1)SISD計(jì)算機(jī)上計(jì)算s需多少時(shí)間? (2)SIMD計(jì)算機(jī)上計(jì)算s需多少時(shí)間? (3)用SIMD機(jī)計(jì)算s相對(duì)于用SISD機(jī)計(jì)算的加速比是多少?,習(xí)題8.6,(1)在SISD計(jì)算機(jī)中計(jì)算s需要串行計(jì)算n次乘法和n-1次加法。共需要時(shí)間: 算法如下: S=A1*B1 For i=2 to n Do S=S+Ai*Bi Enddo (2)在SIMD計(jì)算機(jī)上計(jì)算采用如下的算法:(假設(shè)mn)首先,把向量中的n對(duì)元素盡量平均地分配到m個(gè)處理器中,每個(gè)處理器最多分配n/m+1對(duì),最少分配n/m對(duì),最多經(jīng)過4(n/m+1)+2n/m 時(shí)間,所有n個(gè)處理

13、器上都得到了一個(gè)局部和,對(duì)這m個(gè)處理器,解答,構(gòu)成的線性環(huán)做累加運(yùn)算。若采用兩路7線性累加的方法共用做加法m/2次,數(shù)據(jù)傳遞m/2次,共用時(shí)間4(n/m+1)+2n/m+3m/2 = 6n/m+ 3m/2+4。 若用遞歸累加的方法,假設(shè)m 是2的p次冪。做p次并行的加法,移位1+2+4+ + m/2 = m-1 次。用時(shí)2p+(m-1)??偣灿脮r(shí)為 4(n/m+1)+2n/m+2log m +(m-1) = 6n/m+ m+2log m +3 進(jìn)一步分析:當(dāng)2logm 16時(shí) 并行累加比兩路線性累加更優(yōu)。 反之,當(dāng)m < 16 時(shí),兩路線性累加更快。其根本原因就是并行累加算法節(jié)省了加法時(shí)間,

14、但是花費(fèi)更多的數(shù)據(jù)傳送時(shí)間。,算法描述如下: Par: For j=1 to m Do S(j)=A1j*B1j For 2 to n/m Do S(j)=S(j)+Aij*Bij Enddo S(j)=S(j)+S(j+1) S(j)=S(j)+S(j+2) S(j)=S(j)+S(j+4) S(j)=S(j)+S(j+n/m) Enddo,(3)加速比 當(dāng)采用兩路線性累加的方法時(shí)加速比為: 若m = n,做乘法的時(shí)間變?yōu)?,則加速比簡(jiǎn)化為 當(dāng)采用遞歸并行累加時(shí)加速比為: 當(dāng)m = n 時(shí),做乘法的時(shí)間變?yōu)?,則加速比簡(jiǎn)化為,分析其原因,可以看出,線性互連網(wǎng)絡(luò)的傳輸開銷在這里是制約加速比增長(zhǎng)

15、的最大障礙,無論采用何種并行算法,一個(gè)數(shù)據(jù)從線性環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞到最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)的最短時(shí)間為m/2,這個(gè)時(shí)間是無法改進(jìn)的,并且隨著處理節(jié)點(diǎn)的增多成為最主要的時(shí)間開銷。相對(duì)而言,加法和乘法隨著處理單元的增多,所占的時(shí)間比例越來越小。,8.2多處理機(jī)結(jié)構(gòu)和實(shí)例,兩個(gè)或兩個(gè)以上處理機(jī)(包括PU和CU),通過高速互連網(wǎng)絡(luò)連接起來,在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)管理下,實(shí)現(xiàn)指令以上級(jí)(任務(wù)級(jí)、作業(yè)級(jí))并行。 按照Flynn分類法,多處理機(jī)系統(tǒng)屬于MIMD計(jì)算機(jī)。 多處理機(jī)系統(tǒng)由多個(gè)獨(dú)立的處理機(jī)組成,每個(gè)處理機(jī)都能夠獨(dú)立執(zhí)行自己的程序。,多處理機(jī)結(jié)構(gòu)由若干臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)組成,每臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠獨(dú)立執(zhí)行自己的程序。Fly

16、nn稱這種結(jié)構(gòu)為多指令流多數(shù)據(jù)流(MIMD)結(jié)構(gòu)。多處理機(jī)系統(tǒng)中的處理機(jī)之間按某種形式互連,從而實(shí)現(xiàn)程序之間的數(shù)據(jù)交換和同步。 多處理機(jī)系統(tǒng)中每臺(tái)處理機(jī)都有寄存器、運(yùn)算器、邏輯部件、訪問存儲(chǔ)器和I/O的通道。 還有一種多處理機(jī)系統(tǒng)中每臺(tái)處理機(jī)有自己的存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備。,多處理機(jī)結(jié)構(gòu),互連網(wǎng)絡(luò),處理機(jī)1,處理機(jī)2,處理機(jī)N,,,,,存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)器,,,,,I/O,,I/O,,具有通過互連網(wǎng)絡(luò)共享存儲(chǔ)器和I/O的多處理機(jī)系統(tǒng),每個(gè)處理機(jī)都擁有自己的存儲(chǔ)器和I/O的多處理機(jī)系統(tǒng),1、結(jié)構(gòu)靈活性 并行處理機(jī):專用,PE數(shù)很多(幾千個(gè)),固定有限的通信多處理機(jī): 通用,幾十個(gè),高速靈活的通信

17、2、程序并行性 并行處理機(jī)的并行性存在于指令內(nèi)部,識(shí)別比較容易。多處理機(jī)的并行性存在于指令外部,在多個(gè)任務(wù)之間,識(shí)別難度較大。 一個(gè)簡(jiǎn)單的例子:Y = A+B*C*D/E+F用兩個(gè)處理機(jī):CPU1: CPU2: B*C, D/E, A+F, B*C*D/E A+B*C*D/E+F,多處理機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn),3、并行任務(wù)派生并行處理機(jī)把同種操作集中在一起,由指令直接啟動(dòng)各PE同時(shí)工作。 多處理機(jī)用專門的指令來表示并發(fā)關(guān)系,一個(gè)任務(wù)開始執(zhí)行時(shí)能夠派生出與它并行執(zhí)行的另一些任務(wù),如果任務(wù)數(shù)多于處理機(jī)數(shù),多余的任務(wù)進(jìn)入排隊(duì)器等待。 4、進(jìn)程同步并行處理機(jī)僅一個(gè)C

18、U,自然是同步的 多處理機(jī)執(zhí)行不同的指令,工作進(jìn)度不會(huì)也不必保持相同,先做完的要停下來等待。有數(shù)據(jù)相關(guān)和控制相關(guān)也要停下來等待,要采取特殊的同步措施來保持程序所要求的正確順序。 5、資源分配和進(jìn)程調(diào)度并行處理機(jī)的PE是固定的,采用屏蔽手段改變實(shí)際參加操作的PE數(shù)目多處理機(jī)執(zhí)行并發(fā)任務(wù),需用處理機(jī)的數(shù)目不固定,各個(gè)處理機(jī)進(jìn)入或退出任務(wù)的時(shí)刻不相同,所需共享資源的品種、數(shù)量又隨時(shí)變化 提出資源分配和進(jìn)程調(diào)度問題,它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效率有很大的影響。,引起峰值性能下降的原因是:(1) 因處理機(jī)間通信而產(chǎn)生的延遲(2) 一臺(tái)處理機(jī)與其它處理機(jī)同步所需的開銷(3) 當(dāng)沒有足夠多任務(wù)時(shí),一臺(tái)或多臺(tái)處理機(jī)處于空

19、閑狀態(tài)(4) 由于一臺(tái)或多臺(tái)處理機(jī)執(zhí)行無用的工作(5) 系統(tǒng)控制和操作調(diào)度所需開銷 研究多處理機(jī)的目的:提前5年得到速度高10倍的機(jī)器。 或用1/10的價(jià)格獲得一臺(tái)高性能的機(jī)器。如果設(shè)計(jì)得好,在某些適合進(jìn)行并行處理得應(yīng)用領(lǐng)域,可以達(dá)到:提前10年得到速度高100倍的機(jī)器 或用1/100的價(jià)格獲得一臺(tái)高性能的機(jī)器。,多處理機(jī)性能模型,并行性在很大程度上依賴于R/C比值, 其中:R代表程序執(zhí)行時(shí)間,C代表通信開銷。 通常:R/C比值小,并行性低。R/C比值大,并行性高如果把作業(yè)分解成較大的塊,就能得到較大的R/C值,但是所得到的并行性比最大可能的并行性要小得多。 R/C比值是衡量任務(wù)粒度(Gran

20、ularity)大小的尺度在粗粒度(Coarsegrain)并行情況下,R/C比值比較大,通信開銷小在細(xì)粒度(Finegrain)并行情況下,R/C比值比較小,通信開銷大 細(xì)粒度并行性需要的處理機(jī)多,粗粒度并行性需要的處理機(jī)少。 細(xì)粒度并行性的基本原理是把一個(gè)程序盡可能地分解成能并行執(zhí)行的小任務(wù)。在極端情況下,一個(gè)小任務(wù)只完成一個(gè)操作。,1.基本模型,在兩臺(tái)處理機(jī)情況 每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間為R個(gè)單位時(shí)間 兩個(gè)任務(wù)不在同一臺(tái)處理機(jī)上時(shí),通信開銷為C個(gè)單位時(shí)間 K個(gè)任務(wù)給一臺(tái)處理機(jī) M-K個(gè)任務(wù)給另一臺(tái)處理機(jī) 總處理時(shí)間=Rmax(M-K,K)+C(M-K)K 結(jié)論:當(dāng)R/CM/2時(shí),把任務(wù)平均分給

21、兩臺(tái)處理機(jī)能使總處理時(shí)間最小。,2.N臺(tái)處理機(jī)系統(tǒng)的基本模型,將Ki個(gè)任務(wù)分配給第i臺(tái)處理機(jī)。推廣前面的式子:,分析任務(wù)均分給N臺(tái)處理機(jī)和任務(wù)集中在一臺(tái)處理機(jī)的總處理時(shí)間差,有: 如果R/C比臨界值M/2大,將任務(wù)平均分配給盡可能多的處理機(jī)進(jìn)行處理,能獲得最短處理時(shí)間。如果R/C比臨界值M/2小,即使有很多臺(tái)處理機(jī)可供使用,也不可能比用一臺(tái)處理機(jī)處理全部任務(wù)快。,并行系統(tǒng)的加速比是一個(gè)計(jì)算問題在一臺(tái)處理機(jī)上的運(yùn)行時(shí)間與在并行系統(tǒng)上的運(yùn)行時(shí)間的比值,可近似如下:,多處理機(jī)的Cache一致性(自己看),多處理機(jī)系統(tǒng)主要有四大類: (1) 多向量處理機(jī)系統(tǒng):如CRAY YMP-90, NEC SX-

22、3和FUJITSU VP-2000 (2) SMP (Symmetry MultiProcessors)對(duì)稱多處理機(jī); SMP (Shared Memory MulptiProcessors)共享存儲(chǔ)多處理機(jī) 如SGI Challenge,Sun SparcCenter 2000 (3) MPP (massively parallel processing)大規(guī)模并行處理機(jī)如Intel Paragon, CM-5, Cray T3D (4) Cluster 機(jī)群系統(tǒng)(NOW或COM),多處理機(jī)實(shí)例,科學(xué)計(jì)算中的重大課題要求提供3T性能:(1) 1 Teraflops計(jì)算能力(2) 1 Tera

23、byte主存儲(chǔ)器(3) 1 Terabyte/s 輸入輸出頻帶寬度目前,速度還慢1000倍左右,存儲(chǔ)容量和I/O帶寬差距更大。 科學(xué)計(jì)算中的重大課題:全球氣候預(yù)報(bào), 基因工程 ,飛行動(dòng)力學(xué) ,海洋環(huán)流, 流體動(dòng)力學(xué), 超導(dǎo)建模, 半導(dǎo)體建模, 量子染色動(dòng)力學(xué), 視覺 采用的關(guān)鍵技術(shù):VLSI, 可擴(kuò)展技術(shù), 共享虛擬存儲(chǔ)技術(shù),大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP),虛擬共享存儲(chǔ)器(Shared Virtual Memory)也稱為共享分布存儲(chǔ)器(Distributed Shared Memory);物理上分布存儲(chǔ)器,邏輯上共享存儲(chǔ)器。 虛擬共享存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn):編程容易, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活可擴(kuò)充性好, 有較好的軟

24、件移植性 與消息傳遞方式相比,程序運(yùn)行效率高,主要原因: (1) 數(shù)據(jù)塊緩存在本地 (內(nèi)存或Cache中), 可以多次使用(2) 通信時(shí)間分散,提高了并行性(3) 擴(kuò)大存儲(chǔ)空間,減少換頁(yè)操作 虛擬共享存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)途徑:(1) 硬件實(shí)現(xiàn), 利用Cache技術(shù)。需要增加專用硬件(2) 操作系統(tǒng)和庫(kù)實(shí)現(xiàn),通過虛擬存儲(chǔ)機(jī)制取得共享和一致性。在松耦合的分布存儲(chǔ)多處理機(jī)上,不需要增加任何硬件(3) 編譯實(shí)現(xiàn),自動(dòng)將共享訪問轉(zhuǎn)換成同步和一致原語(yǔ)。大多數(shù)系統(tǒng)采用途徑(1)和(2),或這兩種途徑結(jié)合實(shí)現(xiàn),SMP稱為共享存儲(chǔ)多處理機(jī) (Shared Memory mulptiProcessors),也稱為對(duì)稱多處理

25、機(jī) (Symmetry MultiProcessors) 有三種模型: (1) UMA多處理機(jī)均勻存儲(chǔ)器存取模型 (Uniform Memory Access)存儲(chǔ)器被所有處理機(jī)均勻共享所有處理機(jī)對(duì)所有存儲(chǔ)單元具有相同的存取時(shí)間 每臺(tái)處理機(jī)有局部Cache 外圍設(shè)備可以共享 (2) NUMA多處理機(jī)非均勻存儲(chǔ)器存取 (Nonuniform Memory Access)模型存儲(chǔ)器訪問時(shí)間隨存儲(chǔ)單元的位置不同而變化。共享存儲(chǔ)器在物理上是分布在所有處理機(jī)中的本地存儲(chǔ)器。所有局部存儲(chǔ)器地址空間的集合就組成了全局地址空間。,對(duì)稱多處理機(jī) (SMP),處理機(jī)訪問本地存儲(chǔ)器比較快,訪問屬于另一臺(tái)處理機(jī)的遠(yuǎn)程

26、存儲(chǔ)器則比較慢,因?yàn)橥ㄟ^互連網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生附加的時(shí)間延遲。 (3) COMA多處理機(jī) 只有Cache的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) (Cache-Only Memory Architecture) 模型;COMA是一種只用Cache的多處理機(jī)系統(tǒng) 實(shí)際上,COMA模型是NUMA模型的一種特例,后者分布存儲(chǔ)器換成了Cache 在每個(gè)處理機(jī)結(jié)點(diǎn)上沒有主存儲(chǔ)器,全部Cache組成了全局虛擬地址空間 遠(yuǎn)程Cache訪問通過分布Cache目錄進(jìn)行 共享存儲(chǔ)系統(tǒng)擁有統(tǒng)一的尋址空間,程序員不必參與數(shù)據(jù)分配和傳輸。,1、機(jī)群系統(tǒng)的組成 機(jī)群系統(tǒng)是利用高速網(wǎng)絡(luò)將一組高性能工作站或高檔PC機(jī)連接起來,在并行程序設(shè)計(jì)以及可視化人機(jī)交互集

27、成開發(fā)環(huán)境支持下,統(tǒng)一調(diào)度,協(xié)調(diào)處理,實(shí)現(xiàn)高效并行處理的系統(tǒng)。 Cluster、NOW、COW 從結(jié)構(gòu)和結(jié)點(diǎn)間的通信方式來看,屬于分布存儲(chǔ)系統(tǒng)。 機(jī)群系統(tǒng)中的主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)可以是同構(gòu)的,也可以是異構(gòu)的。 微處理機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和并行編程環(huán)境的發(fā)展使得機(jī)群系統(tǒng)這一新的并行處理系統(tǒng)形式正成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。(1)微處理器的性能不斷提高。(2)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步使得松散耦合系統(tǒng)的通信瓶頸逐步得到緩解。,機(jī)群系統(tǒng) (Cluster),(3)并行編程環(huán)境的開發(fā)使得新編并行程序或改寫串行程序更為容易。 2、機(jī)群系統(tǒng)的特點(diǎn) (1)系統(tǒng)開發(fā)周期短。 (2)用戶投資風(fēng)險(xiǎn)小。 (3)系統(tǒng)價(jià)格低。 (4)節(jié)約系統(tǒng)資源。 U

28、C Berkeley計(jì)算機(jī)系100多臺(tái)工作站的使用情況調(diào)查表明,一般單機(jī)系統(tǒng)的使用率不到10%,而機(jī)群系統(tǒng)中的資源利用率可達(dá)到80%左右。 (5)系統(tǒng)擴(kuò)展性好。 (6)用戶編程方便。,3、機(jī)群系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) (1)高效的通信系統(tǒng)在用戶空間實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議精簡(jiǎn)通信協(xié)議Active Message通信機(jī)制 (2) 并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境PVM(Parallel Virtual Machine)開始于1989年夏天,美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL);是一套并行計(jì)算工具軟件,支持多用戶及多任務(wù)運(yùn)行;支持多種結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī),工作站、并行機(jī)以及向量機(jī)等;支持C、C++和Fortran語(yǔ)言;自由軟件,使用非常廣泛;編程

29、模型可以是SPMD或MPMD;具有容錯(cuò)功能,當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí),自動(dòng)將之刪除MPI(Message Passing Interface)在1992年11月至1994年元月產(chǎn)生。,能用于大多數(shù)并行計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)機(jī)群和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,支持C和Fortran兩種語(yǔ)言,編程模型采用SPMD,Express:美國(guó)Parasoft公司推出;能在不同的硬件環(huán)境上運(yùn)行;支持C和Fortran兩種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。Linda:美國(guó)Yale大學(xué)與科學(xué)計(jì)算協(xié)會(huì)共同研制;通過函數(shù)擴(kuò)充現(xiàn)并行程序的設(shè)計(jì);支持C-Linda、Fortran-Linda等 (3) 并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言在多處理機(jī)系統(tǒng)中,必須用并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫程

30、序?;蛘甙岩呀?jīng)用串行語(yǔ)言編寫的程序轉(zhuǎn)換成并行語(yǔ)言程序之后,才能在多處理機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行。 把傳統(tǒng)串行語(yǔ)言程序轉(zhuǎn)換成并行語(yǔ)言程序的過程稱為并行編譯。有兩種并行編譯方式:全自動(dòng)并行編譯與半自動(dòng)并行編譯:全自動(dòng)并行編譯是方向,但實(shí)現(xiàn)起來很困難。半自動(dòng)并行編譯又稱為交互式并行編譯。程序員通過多次與機(jī)器對(duì)話,找到串行程序中可以并行執(zhí)行的部分。,并行編譯器生成代碼的形式有多種: 并行高級(jí)語(yǔ)言程序、并行中間語(yǔ)言程序、并行目標(biāo)語(yǔ)言程序 (4) 負(fù)載平衡技術(shù)一個(gè)大任務(wù)可分解為多個(gè)子任務(wù),把多個(gè)子任務(wù)分配到各個(gè)處理結(jié)點(diǎn)上并行執(zhí)行的技術(shù)稱為負(fù)載平衡技術(shù)對(duì)于由異構(gòu)處理結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的并行系統(tǒng),相同的負(fù)載在各結(jié)點(diǎn)上的運(yùn)行時(shí)間可能

31、不同。因此,準(zhǔn)確的負(fù)載定義應(yīng)是負(fù)載量與結(jié)點(diǎn)處理能力的比值負(fù)載平衡技術(shù)的核心就是調(diào)度算法,即將各個(gè)任務(wù)比較均衡地分布到不同的處理結(jié)點(diǎn)上并行計(jì)算,從而使各結(jié)點(diǎn)的利用率達(dá)到最大。 負(fù)載平衡技術(shù)分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩大類:靜態(tài)方法是在編譯時(shí)針對(duì)用戶程序的各種信息(任務(wù)的計(jì)算量和通信關(guān)系等)及并行系統(tǒng)本身的狀況(網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、各結(jié)點(diǎn)計(jì)算能力等)對(duì)用戶程序中的并行任務(wù)作出靜態(tài)分配決策。,動(dòng)態(tài)方法是在程序運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡的。它通過分析并行系統(tǒng)的實(shí)時(shí)負(fù)載信息,動(dòng)態(tài)地將任務(wù)在各處理機(jī)之間進(jìn)行分配和調(diào)整,以消除系統(tǒng)中負(fù)載分布的不均勻性。動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡的算法簡(jiǎn)單,實(shí)時(shí)控制,但增加了系統(tǒng)的額外開銷。 (5)并行程序調(diào)試技術(shù)用并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫程序,比用串行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言更容易出錯(cuò),因此,在多處理機(jī)系統(tǒng)中,用并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫程序更加依賴于并行調(diào)試工具。并行程序調(diào)試的主要困難:并行程序的執(zhí)行過程不能重現(xiàn)。 (6)可靠性技術(shù)在多處理機(jī)上運(yùn)行的程序通常比較大,程序執(zhí)行時(shí)間很長(zhǎng)(幾十個(gè)小時(shí)或幾十天)。如果在程序執(zhí)行過程中出現(xiàn)偶然故障(如電源掉電、磁盤滿、某一臺(tái)處理機(jī)故障等),則整個(gè)運(yùn)算過程要從頭開始。定時(shí)設(shè)置檢查點(diǎn),保存現(xiàn)場(chǎng)信息。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),只要回復(fù)到上一個(gè)檢查點(diǎn),不必從頭開始執(zhí)行。,

展開閱讀全文
溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

相關(guān)資源

更多
正為您匹配相似的精品文檔

相關(guān)搜索

關(guān)于我們 - 網(wǎng)站聲明 - 網(wǎng)站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網(wǎng)站客服 - 聯(lián)系我們

copyright@ 2023-2025  zhuangpeitu.com 裝配圖網(wǎng)版權(quán)所有   聯(lián)系電話:18123376007

備案號(hào):ICP2024067431號(hào)-1 川公網(wǎng)安備51140202000466號(hào)


本站為文檔C2C交易模式,即用戶上傳的文檔直接被用戶下載,本站只是中間服務(wù)平臺(tái),本站所有文檔下載所得的收益歸上傳人(含作者)所有。裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)上載內(nèi)容本身不做任何修改或編輯。若文檔所含內(nèi)容侵犯了您的版權(quán)或隱私,請(qǐng)立即通知裝配圖網(wǎng),我們立即給予刪除!