并行计算

✍ dations ◷ 2025-04-04 11:30:20 #计算机科学,理论计算机科学,并发计算,分布式计算

并行计算(英语:parallel computing)一般是指许多指令得以同时进行的计算模式。在同时进行的前提下,可以将计算的过程分解成小部分,之后以并发方式来加以解决。

电脑软件可以被分成数个运算步骤来运行。为了解决某个特定问题,软件采用某个算法,以一连串指令运行来完成。传统上,这些指令都被送至单一的中央处理器,以循序方式运行完成。在这种处理方式下,单一时间中,只有单一指令被运行(processor level: 比较微处理器,CISC, 和RISC,即流水线Pipeline的概念,以及后来在Pipeline基础上以提高指令处理效率为目的的硬件及软件发展,比如branch-prediction, 比如forwarding,比如在每个运算单元前的指令堆栈,汇编程序员对programm code的顺序改写)。并行运算采用了多个运算单元,同时运行,以解决问题。

相对于串行计算,并行计算可以划分成时间并行和空间并行。时间并行即指令流水化,空间并行使用多个处理器执行并发计算,当前研究的主要是空间的并行问题。以程序和算法设计人员的角度看,并行计算又可分为数据并行和任务并行。数据并行把大的任务化解成若干个相同的子任务,处理起来比任务并行简单。

空间上的并行导致两类并行机的产生,按照麦克·弗莱因(Michael Flynn)的说法分为单指令流多数据流(SIMD)和多指令流多数据流(MIMD),而常用的串行机也称为单指令流单数据流(SISD)。MIMD类的机器又可分为常见的五类:并行向量处理机(PVP)、对称多处理机(SMP)、大规模并行处理机(MPP)、工作站机群(COW)、分布式共享存储处理机(DSM)。

并行计算机有以下五种访存模型:均匀访存模型(UMA)、非均匀访存模型(NUMA)、全高速缓存访存模型(COMA)、一致性高速缓存非均匀存储访问模型(CC-NUMA)和非远程存储访问模型(NORMA)。

不像串行计算机那样,主流使用冯·诺伊曼的计算模型,并行计算机没有一个统一的计算模型。不过,人们已经提出了几种有价值的参考模型:PRAM模型,BSP模型,LogP模型,C^3模型等。

并行计算机是靠网络将各个处理机或处理器连接起来的,一般来说有以下几种方式

网络的基本术语:

并行算法是一门还没有发展成熟的学科,虽然人们已经总结出了相当多的经验,但是远远不及串行算法那样丰富。并行算法设计中最常用的的方法是PCAM方法,即划分,通信,组合,映射。首先划分,就是将一个问题平均划分成若干份,并让各个处理器去同时执行;通信阶段,就是要分析执行过程中所要交换的数据和任务的协调情况,而组合则是要求将较小的问题组合到一起以提高性能和减少任务开销,映射则是要将任务分配到每一个处理器上。总之,并行算法还需要相当多完善的地方。并行算法与串行算法最大的不同之处在于,并行算法不仅要考虑问题本身,而且还要考虑所使用的并行模型,网络连接等等。

相关

  • DPGN弥漫增生性肾小球肾炎(Diffuse proliferative glomerulonephritis、DPGN)是一种肾小球肾炎(Glomerulonephritis)的类型、归为SLE之肾脏病变最严重的形式、也是最常见的,发生
  • 骨内给药骨内针(intraosseous vascular access)是利用骨骼给药的方式。在1922dc Drinker教授提出骨髓并不会塌陷,可以将之视为静脉用以注射药剂,因此开始有了骨内针intraaosseous vascul
  • 米兰-利纳特机场米兰-利纳特机场(意大利语:Aeroporto di Milano-Linate,IATA代码:LIN;ICAO代码:LIML)是意大利米兰三大机场之一。主要用于国内和短途国际航班(所有国际航班的目的地仅限于欧洲境内),至
  • 数学分析数学分析(英语:mathematical analysis)区别于其他非数学类学生的高等数学内容,是分析学中最古老、最基本的分支,一般指以微积分学、无穷级数和解析函数等的一般理论为主要内容,并
  • 北美自由贸易协议北美自由贸易协议(英语:North American Free Trade Agreement,NAFTA,法语:Accord de libre-échange nord-américain,ALÉNA,西班牙语:Tratado de Libre Comercio de América del
  • 吉林2019冠状病毒病吉林省疫情,介绍在2019冠状病毒病疫情中,在中华人民共和国吉林省发生的情况。截至2020年3月25日24时,吉林省全省有确诊病例95例,其中境外输入1例,治愈出院92例,死亡
  • 方言札方言札是废除方言、强制推行标准语的一种手段,即在方言使用者的脖子上挂上牌子以示羞辱。16至18世纪期间,法语被法国波旁王朝统治者定为标准语。而奥克语、法兰克-普罗旺斯语
  • glutamate谷氨酸(英语:Glutamic acid)是α-氨基戊二酸是组成生物体内各种蛋白质的20种氨基酸之一。
  • 人鼠之间《人鼠之间》(英语:Of Mice and Men),美国短篇小说,1937年出版,是美国诺贝尔文学奖得主、作家约翰·史坦贝克的作品。 小说讲述了乔治·弥尔顿与雷尼·斯默,这两个流民在经济大萧条
  • 人类中心主义人类中心主义认为人类是地球上,以至宇宙间最核心或者最重要的物种,评价现实的真实与否亦依靠人类的视角。 其首要概念也可理解为人类至上。人类中心主义是环境伦理学和环境哲