3、并行架构组件解析

并行架构组件解析

在当今的计算机领域，并行架构对于提升系统性能至关重要。下面将深入探讨并行架构的几个关键组件，包括处理器、内存和互连。

并行架构基础

个人计算机（PC）是最简单的并行计算机之一，其基本架构包含多个关键部分。北桥芯片充当系统总线，连接多核处理器、主内存和输入/输出（I/O）设备。PCI（外设组件互连）总线作为I/O总线，将高速I/O接口（如磁盘、网络）和低速I/O设备（如键盘、打印机、鼠标）连接到北桥。南桥则作为低带宽外设（如打印机或键盘）的总线。

一个通用的高端并行架构中，多个处理器节点通过互连网络连接，使得节点之间能够传输数据。每个节点包括一个（可能是多核的）处理器（P）、一部分主内存（M）和一个缓存层次结构（C）。处理器节点通过网络接口（NI）连接到全局互连（总线或点对点网络）。I/O设备（如磁盘）通常连接到I/O总线，该总线通过互连与每个处理器节点的内存接口。处理器、内存层次结构和互连是并行系统的关键组件。

处理器相关概念与性能影响因素

在芯片多处理器和多线程核心的时代，有几个基本定义需要明确。程序是程序员编写的一组静态语句，用于执行算法的计算步骤。进程或线程是嵌入这些计算步骤执行的抽象概念。可以用烹饪来类比，程序就像食谱，而进程就像烹饪过程。虽然进程和线程有时可互换使用，但通常线程的管理开销比进程小，这里主要使用线程这个术语。

线程在核心或CPU（中央处理单元）上运行。核心或CPU是能够对线程的指令进行排序和执行的硬件实体。一些核心是多线程的，可以同时执行多个线程，每个线程在核心的硬件线程上下文中运行。微处理器由一个或多个核心组成，多核微处理器有时也称为芯片多处理器（CMP）。多处理器是一组连