系统结构考点之并行计算霍纳法则

只是记得，不是很难的问题，但具体什么内容，已不忘记了……。

如题：2019年10月

分析

新东西，

基本知识

属于第七章 多处理机 内容，顺带复习下。

什么是多处理机？

指两台以上的处理机，共享 i/o子系统，机间经共享 主存 或高速 通信网络 通信 ；在统一的操作系统的控制下，协同求解大而复杂问题的计算机系统。

使用多处理机目的

1. 通过多处理机对多个 作业 、任务 进行并行执行来提高解题速度，从而提高系统整体性能。
2. 使用冗余的多个处理机通过重新组织来提高系统的可靠性、适应性和重用性。

多处机类型

同构、异构型，分布型

与阵列机对比

阵列机针对的数组和向量处理，实现向量指令操作级的并行，是开发并行性中的同时性。
多处理机实现的更高一级的任务或作业间的并行，是开发并行性中并发性（指令级别的并发，跟阵列机是不一样的）

多处理机实现解决的技术问题

多处理机的硬件结构

紧耦合

一般情况下，都是紧耦合多机系统。通过共享主存实现处理机间通信。紧耦合两种构型区别在于是否带专用的cache.

松耦合

通过通道互连或通过消息传送系统来交换信息，实现通信的。分为层次型与非层次型

机间互连方式

总线型地、环形互连、交叉开关形式、多端口存储器、蠕虫穿洞寻径网络、开关枢纽结构。

存储器结构

并行多体交叉主存系统

紧耦合多cache一致性问题

1. 禁止进程迁移或进程挂起时，靠硬件的方法将改写过的信息块强制写回主存相应位置（解决主存迁移引起的多cache不一致问题）

2. 以硬件为基础实现多cache一致性，监视cache协议法和目录表法

3. 以软件为基础实现多cache一致性，不把一些公用可写数据存入cache中。

   并行算法（本章重点）

   根据进程间操作顺序不同，可分为同步型、异步型、独立型
   根据计算机任务的大小不同，可分为细粒度（向量或循环级并行）、中粒度（较大循环级并行）、粗粒度（子任务级并行）

   并行算法研究思路

   将程序的运算过程（步骤），抽象成树， 用T_p表示树高，也就是级数，加速比S_p=T1/T_p;//T1:单台处理机顺序运算的级数，T_p:p台处理机并行运算的级数
   E_p=S_p/P;//效率等于并行级数除 P台处理机，表示每台处理机能加速到什么样的程度。

   霍纳法则（本题的考点）

   其实跟计算机没什么关系，就是研究多项式如何计算的。用到的无非就是结合律、交换律、分配律。

   这种题，解题步骤如下：

   1. 先数一下T1,就是一台处理机的时候，需要几步才能求解多项式的值

   2. 把表达式打开，直到没有括号的嵌套。

   3. 画树。

   4. 根据 树或表达式，判断有几台处理机，也就是P的值

   剩下的就是套公式。

   解题，第一问

   算T1时，也可以数树或表达式中所有运算符号。

   

   若题没有告诉树高，在画图时，应该按照尽可能减少树高的原则来分解表达式

   第二问

   真接套公式：多处理机时的运算级数，叶子结点不能算，不属于运算，所以T_p=4.最长的一条链（树高）。

   加速比：T1/T_p=2

   效率E_p=S_p/P=2/3

   数据相关

   先写后读的情况，不可以并行。并且，在a=3*a;a=2*a;可以换成a=2*(3*a),这种情况叫交换串行。

   数据反相关

   先读后写，c=a+e;a=b+d;这种情况是可以并行的。但交换串行是不行的。

   数据输出相关

   写写情形，a=b+e;a=c+d;可以并行，但输出的顺序要注意，不能交接串行。

   并行语言与并行编译

   详见:系统结构考点之并行语句编写

   多处理机的操作系统

   主从型，各自独立型，浮动型。

   多处理机发展

   计算机性能的3T目标：
   1TFLOPS的计算能力，浮点运算次数
   1Tbyte主存容量
   1Tbyte/sI/O带宽

   机群系统

   优点：系统有高的性价比
   开发周期短
   系统的可扩展性好
   资源利用率高
   投资风险小
   用户编程方便