西安电子科技大学计算机学院
第9章并行体系结构
计算机组成与体系结构课程组
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计算机实现技术越来越受到挑战
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仅依靠提高时钟频率使计算机运行得更快变得越来越困难；
光速是设计高性能计算机的一个主要障碍，使电子或者光子的速度超过光速目前看来还很渺茫；随着晶体管尺寸的不断缩小，量子力学效应（如Heisenberg测不准原理）、散热将成为主要问题。
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计算机并行体系结构设计逐渐成为计算机性能有效提升的重要手段
顺序计算机(sequential computer)
并行计算机(parallel computer)
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9.1 计算机体系结构的并行性
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并行计算是指同时对多个任务、或多条指令、或对多个数据项所进行的处理。
完成并行计算的计算机系统称为并行计算机系统，它是将多个处理器、多个计算机通过网络以一定的连接方式组织起来的大规模系统。并行计算机系统最主要的特性就是并行性。并行性是指计算机系统具有的同时运算或同时操作的特性，它包括同时性与并发性两种含义。同时性是指两个或两个以上的事件在同一时刻发生，并发性是指两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。
并行机制可以加速计算机系统的运行速度。
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9.1 计算机体系结构的并行性
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实现并行机制的途径：
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时间重叠。即时间并行技术，通过让多个处理任务或子任务同时使用系统中的不同功能部件，使系统处理任务的吞吐量增大。如指令流水线。
资源重复。即空间并行技术，通过大量重复设臵硬件资源，使多个处理任务或子任务同时使用系统中的多个相同功能的部件，使系统处理任务的吞吐量增大。如多核处理器中的多个内核、并行计算机中的多处理器或多计算机。
时间重叠+资源重复。即时间并行+空间并行技术，当前并行机制的主流。如多核CPU，多个处理器核，每个处理器核内部有多级指令流水线。
资源共享。是一种软件方式，通过操作系统调度使多个任务按一定规则（如时间片）轮流使用同一设备。资源共享既可以降低成本，又可以提高设备利用率。如分时系统、共享存储器系统。
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9.1 计算机体系结构的并行性
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当多个CPU或者处理元件紧密连在一起时，它们之间具有高带宽和低时延，而且是亲密计算，称它们为紧耦合(tightlycoupled)。相反，当它们距离较远，具有低带宽、高时延，而且是远程计算，称它们为松散耦合(looselycoupled)。
松?并行层次如图9.1所示，从系统级并行网格耦合片内并行、协处理器、多
多计算机处理器、多计算机到网格，
随着计算机体系结构并行
多处理器处理器级并行
层次的上移，系统从最低层紧密耦合的系统开始逐协处理器步转变到高层越来越松散紧
耦片内并行指令级并行合耦合的系统。
图9.1 计算机体系结构的并行层次5
90108-计算机组成与结构-第09章
