並行計算

來自 搜狐網 的圖片

並行計算是中國的一個科技名詞。

語言一發即逝，不留痕跡。當人類意識到需要把說出的話記下來時，就發明了文字。在世界範圍內，曾經獨立形成的古老文字除我們的漢字外，還有埃及的聖書字、兩河流域的楔形文字、古印度的印章文字以及中美洲的瑪雅文。後來，這些古老文字的命運各不相同，或因某種歷史原因而消亡，如瑪雅文；或因文字的根本變革而遭廢棄，如楔形文、聖書字，只漢字沿用至今，而且古今傳承的脈絡清晰可見，成了中華民族文化的良好載體。

目錄

名詞解釋

並行計算（Parallel Computing）是指同時使用多種計算資源解決計算問題的過程，是提高計算機系統計算速度和處理能力的一種有效手段。它的基本思想是用多個處理器來協同求解同一問題，即將被求解的問題分解成若干個部分，各部分均由一個獨立的處理機來並行計算。並行計算系統既可以是專門設計的、含有多個處理器的超級計算機，也可以是以某種方式互連的若干台的獨立計算機構成的集群。通過並行計算集群完成數據的處理，再將處理的結果返回給用戶。

並行計算可分為時間上的並行和空間上的並行。

時間上的並行：是指流水線技術，比如說工廠生產食品的時候步驟分為：

1． 清洗：將食品沖洗乾淨。

2． 消毒：將食品進行消毒處理。

3． 切割：將食品切成小塊。

4． 包裝：將食品裝入包裝袋。

如果不採用流水線，一個食品完成上述四個步驟後，下一個食品才進行處理，耗時且影響效率。但是採用流水線技術，就可以同時處理四個食品。這就是並行算法中的時間並行，在同一時間啟動兩個或兩個以上的操作，大大提高計算性能。

空間上的並行：是指多個處理機並發的執行計算，即通過網絡將兩個以上的處理機連接起來，達到同時計算同一個任務的不同部分，或者單個處理機無法解決的大型問題。

比如小李準備在植樹節種三棵樹，如果小李1個人需要6個小時才能完成任務，植樹節當天他叫來了好朋友小紅、小王，三個人同時開始挖坑植樹，2個小時後每個人都完成了一顆植樹任務，這就是並行算法中的空間並行，將一個大任務分割成多個相同的子任務，來加快問題解決速度。

特徵

為利用並行計算，通常計算問題表現為以下特徵：

（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。

基本體系結構

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

並行計算機有以下五種訪存模型：

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）

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

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：處理單元間有着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。靜態連接

動態連接

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。

對剖帶寬:每秒鐘內，在最小的對剖平面上通過所有連線的最大信息位（或字節)。