并行处理技术(parallel computer system)

并行处理技术模型
并行处理技术是40年来在微电子、印刷电路、高密度封装技术、高性能处理机、存储系统、外围设备、通信通道、语言开发、编译技术、操作系统、程序设计环境和应用问题等研究和工业发展的产物，并行计算机具有代表性的应用领域有：天气预报建摸、VLSI电路的计算机辅助设计、大型数据库管理、人工智能、犯罪控制和国防战略研究等，而且它的应用范围还在不断地扩大。并行处理技术主要是以算法为核心，并行语言为描述，软硬件作为实现工具的相互联系而又相互制约的一种结构技术。

并行处理技术-概念

并行性是指在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作，只要在时间上互相重叠，都存在并行性。计算机系统中的并行性可从不同的层次上实现，从低到高大致可分为：
（1）指令内部的并行：是指指令执行中的各个微操作尽可能实现并行操作。
（2）指令间的并行：是指两条或多条指令的执行是并行进行的。
（3）任务处理的并行：是指将程序分解成可以并行处理的多个处理任务，而使两个或多个任务并行处理。
（4）作业处理的并行：是指并行处理两个或多个作业。如多道程序设计、分时系统等。另外，从数据处理上，也有从低到高的并行层次。
（5）字串位并：同时对一个二进制字的所有位进行操作。
（6）字并位串：同时对多个字的同一位进行操作。
（7）全并行：同时对许多字的所有位进行操作

并行处理技术-三种形式

1.时间并行

时间并行指时间重叠，在并行性概念中引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。

时间并行性概念的实现方式就是采用流水处理部件。这是一种非常经济而实用的并行技术，能保证计算机系统具有较高的性能价格比。目前的高性能微型机几乎无一例外地使用了流水技术。

2.空间并行

空间并行指资源重复，在并行性概念中引入空间因素，以“数量取胜”为原则来大幅度提高计算机的处理速度。大规模和超大规模集成电路的迅速发展为空间并行技术带来了巨大生机，因而成为实现并行处理的一个主要途径。空间并行技术主要体现在多处理器系统和多计算机系统。但是在单处理器系统中也得到了广泛应用。

3.时间并行+空间并行

指时间重叠和资源重复的综合应用，既采用时间并行性又采用空间并行性。显然，第三种并行技术带来的高速效益是最好的。

并行处理技术-并行计算机

21世纪的计算机系统在不同层次上采取了并行措施，只有当并行性提高到一定层次时，具有了较高的并行处理能力，才能称为“并行处理系统”。一般有以下三种并行措施。

时间重叠：时间重叠是在并行性概念中引入时间因素，即多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部件，以加快硬件周转而赢得速度。这各并行措施表现在指令解释的重叠及流水线部件与流水线处理机。

资源重复：资源重复是在并行性概念中引入空间因素。这种措施提高计算机处理速度最直接，但由于受硬件价格昂贵的限制而不能广泛使用。目前，随着硬件价格的降低，已在多种计算机系统中使用，如多处理机系统、陈列式处理机等。

资源共享：资源共享也是在并行性概念中引入时间因素，它是通过软件的方法实现的。即多个用户按一定的时间顺序轮流使用同一套硬件设备；既可以是按一定的时间顺序共享CPU，也可以是CPU与外围设备在工作时间上的重叠。这种并行措施表现在多道程序和分时系统中，而分布式处理系统和计算机网络则是更高层次的资源共享。

从第一台电子计算机发明，电子计算机已经经历了五代。计算机发展到第四代时，出现了用共享存储器、分布存储器或向量硬件选件的不同结构的并行计算机，开发了用于并行处理的多处理操作系统专用语言和编译器，同时产生了用于并行处理或分布计算的软件工具和环境。到出现的计算机称为第五代计算机，它们的主要特点是进行大规模并行处理。并行处理技术是在微电子、印刷电路、高密度封装技术、高性能处理机、存储系统、外围设备、通信通道、语言开发、编译技术、操作系统、程序设计环境和应用问题等研究和工业发展的产物。

结构原理 并行处理计算机的结构主要有流水线方式 、多功能部件方式 、阵列方式、多处理机方式和数据流方式。

阵列处理机 阵列机也称并行处理机。它将大量重复设置的处理单元按一定方式互连成阵列，在单一控制部件CU（Contrul Unit）控制下对各自所分配的不同数据并行执行同一指令规定的操作，是操作并行的SIMD计算机。它采用资源重复的措施开发并行性。是以SIMD（单指令流多数据流）方式工作的。

阵列机的基本结构
阵列机通常由一个控制器CU、N个处理器单元PE（Processing Element）、M个存储模块以及一个互连网络部件（IN）组成。根据其中存储器模块的分布方式，阵列机可分为两种基本结构：分布式存储器的阵列机和共享存储器的阵列机（理解二者不同之处）。

阵列机实质上是由专门对付数据组运算的处理单元阵列组成的处理机（M个PE）、专门从事处理单元阵列的控制及标量处理机（控制器CU）和专门从事系统输入输出操作及操作系统管理的处理机三部分构成的一个异构型多处理机系统（三个部分成异构）。