计算机组成原理与系统结构 教学课件 作者 马礼 第11章 并 行 处 理.pptVIP

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 11.3 SIMD计算机基本结构 11.4 SIMD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（Concurrency），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 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。 11.3 SIMD计算机基本结构 11.3.1　Illiac IV计算机 1．Illiac IV处理阵列 2．阵列控制器 （1）CU总线。 （2）公共数据总线CDB（Common Data Bus）。 （3）模式位线（Mode Bit Line，MBL）。 （4）指令控制线。 3．输入输出系统 输入输出开关IOS（Input Output Switch）、控制描述字控制器CDC（Control Description Word Controller）和输入输出缓冲存储器BIOM（Buffer of Input and Output Memory）。 IOS有两个功能，一是开关功能 ;二是作为DFS和PEM之间的缓冲， 11.3.2　Burroughs BSP计算机 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 11.3.3　CM-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 11.4 SIMD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法 1．矩阵加 2．矩阵乘 3．累计和 * * 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 图11-4 Illiac IV的系统结构框图 图11-7 BSP科学处理机系统组成 图11-9 BSP数据流水线结构