并行计算机系统与结构模型（一）

并行计算机系统与结构模型的学习

最前面先学习一下计算机系统结构的分类方法flynn方法

flynn分类法

计算机系统结构的分类方法之一

1966年flynn先生提出了如下的定义：
指令流——机器执行的指令序列
数据流——机器调用的数据序列，包括输入数据和中间结果
多倍性——在系统最受限制的元件上同时处于同一执行阶段指令或者数据执行的最大可能个数
按照指令流和数据流不同的组织方式，计算机系统可分四大类：
单指令单数据流（SISD）：传统的顺序执行的单处理器计算机
单指令多数据流（SIMD）：各处理机以同步的形式执行同一条指令
多指令单数据流（MISD）：不太实际
多指令多数据流（MIMD）：能够实现作业、任务、指令等各级全面并行

典型并行计算机系统简介：

1 阵列处理机

按照Flynn分类法，阵列处理机属于SIMD并行机，其名称反映出它是由多台处理器（即处理单元PE）摆成阵列的拓扑结构，利用资源重复的方法开拓并行性。由于单一的指令运行在大型规则的数据结构上，使阵列处理机也常被叫做数据并行结构。

1.阵列机的基本结构

阵列机通常由一个控制单元CU、n个处理单元PE、m个存储模块M和一个互连网络IN组成。CU将单一指令（单指令流）播送至各个PE，而所有活动的PE将从相应的M中取出各自所需的数据元素（多数据流），以同步的方式执行该条指令。在阵列机中，IN常常是实现置换的网络，它用来提供各PE之间或PE与M之间的通信连接。按照存储模块的分布方式不同，阵列机可分为两种基本组态：分布存储的阵列机和共享存储的阵列机，这两种阵列机的基本结构都可以在网上轻松找到，就不贴图了。
分布存储的阵列机是有PEM（局部存储），那就要求我们对数据进行处理的时候需要合理划分好，保证每个处理单元可以在自己的局存中找到所需的数据。共享存储的阵列机，PE没有局存，存储模块以集中模式为所有PE共享。当两个需要交换数据的PE之间无共享存储单元时，就需要经过多次传输方可实现交换。

2.阵列机的主要特点

阵列机属于SIMD结构，其主要特点有：①它使用资源重复的办法来开拓计算问题的空间上的并行性，这与使用流水线的办法来开拓计算问题的时间上的并行性不同。②不管是分布存储还是共享存储的阵列机，所有PE必须同步进行相同的操作，所以基于阵列机上的并行计算有时也叫作同步计算。③该类结构是以某一类算法为背景发展起来的计算机，使用简单、规整的互联网络来实现PE间的通信，从而限定了它所适用的求解问题的算法的类型，所以阵列机的研究必须与并行算法密切结合，以提高问题的求解效率。④阵列机尤其适合求解诸如有限差分、矩阵运算、信号处理、图像处理、线性规划等一类计算问题，就此说来，它是一种专用的计算机。