3.4并行210809

几个概念

• 任务(token) :定义为一组输入,该组输入经过处理后能产生一组输出
• 延迟(Delay) :一个任务从开始到结束所需要的时间
• 吞吐量(throughout) :系统单位时间内产生任务的数量。
• 并行可以提高吞吐量

并行

空间并行

• 多个相同的硬件在同一时间处理多个任务

时间并行

• 任务被分配成不同的阶段
• 也被称作流水线
• 例如, 一个装配流水线

实例：烤饼干

• Ben 决定举行一个饼干party来庆祝交通灯控制器成功安装。因此要烘烤饼干，分两个步骤：
  • 饼干做好并放入盘中要用5分钟
  • 把饼干放入烤箱并烘烤要用15分钟

没有并行

空间并行-找人帮忙

时间并行-烤第二盘时制作第一盘

• 延迟为L的任务
  • 没有并行的系统中，吞吐量为1/L
  • 有并行的系统中
    • 空间并行（N个相同的硬件）: 吞吐量为N/L
    • 时间并行（只需要一套硬件）:流水线
      • 任务分成等长的N个阶段）：吞吐量为N/L
      • 实际分成N个等长的阶段，不切实际，如果最长阶段的延迟为L₁，则吞吐量为1/L₁

关于流水线

• 由上述几个图可知，一个流水阶段的引入可以提高吞吐量，并稍微增加延迟
• 实际电路中，两阶段流水线通常可以得到几乎双倍的吞吐量和稍微增加的延迟。相比之下，理想流水线的吞吐量可以提高一倍，而延迟不变。产生差别的原因在于电路不可能分成完全相等的两半，而且寄存器引入了额外的时序开销
• 并行的克星是依存关系，如果当前的任务依赖于前一个任务的结果，而不是当前任务中的前一步结果，则只有前一个任务完成后，后一个任务才能开始

参考资料

中国大学mooc 计算机组成原理.东北大学

数字设计和计算机体系结构，第二版