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并行计算期末考试题及答案

一、选择题（每题2分，共20分）

1.并行计算中，SMP指的是什么？

A.单处理器多线程

B.单处理器多核心

C.对称多处理器

D.非对称多处理器

2.MPI（MessagePassingInterface）主要用于什么？

A.数据库管理

B.网络编程

C.并行编程通信

D.操作系统内核

3.在并行计算中，以下哪个不是并行算法的设计原则？

A.可分解性

B.可并行性

C.可扩展性

D.顺序性

4.下列哪个不是并行计算的硬件结构？

A.集群

B.网格

C.多核处理器

D.单核处理器

5.以下哪个算法不是并行算法？

A.快速排序

B.归并排序

C.冒泡排序

D.桶排序

二、简答题（每题10分，共30分）

1.解释什么是并行计算，并简述其主要优势。

2.描述一下并行计算中的负载均衡问题，并举例说明如何解决。

3.什么是数据并行和任务并行？请简要比较它们的区别。

三、计算题（每题25分，共50分）

1.假设有一个需要处理的数据集大小为N，使用单核处理器处理需要T时间。如果使用P个处理器进行并行处理，且处理器之间通信开销可以忽略不计，计算并行处理时间Tp，并讨论P对Tp的影响。

2.给定一个并行算法，其执行时间由以下公式给出：T(P)=α+β/P，其中α是固定的启动时间，β是与问题规模相关的工作量，P是处理器的数量。请推导当P增加时，算法的加速比S(P)如何变化，并讨论在什么情况下算法的效率最高。

答案

一、选择题

1.C

2.C

3.D

4.D

5.C

二、简答题

1.并行计算是指同时使用多个处理器或核心来执行计算任务，以提高计算效率和处理速度。其主要优势包括处理大规模数据集的能力、缩短计算时间以及提高资源利用率。

2.负载均衡问题是指在并行计算中，如何合理分配任务给各个处理器，以避免某些处理器过载而其他处理器空闲的情况。解决这个问题的方法包括动态负载分配、任务分割等。

3.数据并行是指将数据分割成多个小块，然后在多个处理器上同时处理这些数据块。任务并行则是将一个大任务分解成多个子任务，然后在多个处理器上并行执行这些子任务。数据并行侧重于数据的分割，而任务并行侧重于任务的分解。

三、计算题

1.并行处理时间Tp可以表示为：Tp=(α+β)/P。随着P的增加，Tp会减少，但当P增加到一定程度后，由于通信开销和其他因素，Tp的减少会趋于平缓。

2.加速比S(P)可以表示为：S(P)=T(1)/T(P)=P*(α/(α+β/P))。当P趋向于无穷大时，S(P)趋向于β/α，这是算法的理论最大加速比。算法效率最高的情况是当α趋近于0，即启动时间可以忽略不计时。