流水线与并行处理
1. 概述
流水线技术导致了关键路径的缩短，从而可以提高时钟速度或采样速度，或者可以在同样速度下降低功耗。在并行处理中，多个输出在一个时钟周期内并行地计算。这样，有效采样速度提高到与并行级数相当的倍数。与流水线类似，并行处理也能够用来降低功耗。
考虑3阶有限冲激响应（FIR ）数字滤波器：
y(n) = ax(n) + bx(n-1) + cx(n-2) （1-1）
其框图实现示意图如图1所示：
图1 一个3阶FIR 滤波器
关键路径（或者处理一个新样点所需要的最小时间）由1个乘法与2个加法器时间来限定。如果T M 是乘法所用的时间，T A 是加法操作需要的时间，T sample 是采样周期，则必须满足：
T sample ≥ T M + 2T A （1-2）
因而，采样频率（f sample ）（也称为吞吐率或迭代速率），由下式给出：
f sample ≤ A M T T 21 （1-3）
流水线采用沿着数据通路引入流水线锁存器（本人理解是寄存器）的方法来减小有效关键路径（effective critical path ）。并行处理提高采样频率是采用复制硬件的方法，以使几个输入能够并行的处理，而几个输出能够在同一时间产生出来。
2. FIR 数字滤波器的流水线
其流水线实现是通过引入两个附加锁存器而得到的，如图2所示：
图2 流水线FIR滤波器，其中垂直虚线代表一个前馈割集关键路径现在由T M + 2T A减小为T M + T A。在这种安排下，当左边的加法器启动当前迭代计算的同时，右边的加法器正在完成前次迭代结果的计算。
必须注意到，在一个M级流水线系统中，从输入到输出的任一路径上的延时原件数目是（M-1）,它要大于在原始时序电路中同一路径上的延时元件数。虽然流水线技术减小了关键路径，但是它付出了增加迟滞（latency）的代价。迟滞实质上是流水线系统第一个输出数据的时间与原来时序系统第一个输出数据时间相比的滞后。流水线技术缺点：增加了锁存器数目和增加了系统的迟滞。
下面要点需要注意：
（1）一个架构的速度（或时钟周期）由任意两个锁存器间、或一个输入与一个锁存器间、或者一个锁存器与一个输出间、或输入与输出间路径中最长的路径限定。
（2）这个最长的路径或“关键路径”可以通过在架构中适当插入流水线锁存器来减小。
（3）流水线锁存器只能按照穿过任一图的“前馈割集（feed-forward cutset）”的方式插入。
割集：割集是一个图的边的集合，如果从图中移去这些边，图就成为不相连的了。
前馈割集：如果数据在割集的所有边上都沿前进的方向移动，这个割集就称为前馈割集。
3.并行技术
注意到并行处理与流水线技术互为对偶的这一特点是十分有趣，若一个计算能够排成流水线，它也能并行的处理。两种技术都发掘了计算中可供利用的并发性，只是方式不同。当一组互不相关的计算能够在一个流水线系统中按交替方式计算时，则它们也能够利用重复的硬件按并行处理的模式计算。
3阶FIR滤波器系统是一个单输入单输出（SISO）系统，可描述如下：
y(n) = ax(n) + bx(n-1) + cx(n-2) （3-1）
为了获得一个并行处理结构，SISO系统必须转换为MISO（多输入多输出）系统。例如，下列方程组描述一个每个时钟周期由3个输入的并行系统（即并行处理的级数L=3）。
此处k表示时钟周期。可以看出，在第k个时钟周期，有三个输入x(3k), x(3k+1), x(3k+2)被处理，同时输出中产生3个样点。并行处理系统也称为块处理系统，而每个时钟周期内处理的输入个数被称为块尺寸。由于MISO的结构，在任意一条线处插入一个锁存器会产生一个有效延时，等于L个对应于采样率的时钟周期。每个延时原件称为一个块延时（也称为L级减慢，L-slow）。例如，把信号x(3k)延迟一个时钟周期将导致信号x(3k-3)而非x(3k-1),因为x(3k-1)已经是另一条输入线的输入。3级并行FIR滤波器的框图架构如图3所示：
图3 一个块处理的例子
其细节图如图4所示：
图4 块尺寸为3的3阶FIR滤波器的并行结构处理注意，块或并行处理系统的关键路径保持不变，而且时钟周期（T clk）必须满足：
T clk≥ T M + 2T A （3-2）
但是，由于3个样点是在同一个时钟周期内而不是三个时钟周期处理的，因此迭代周期由下式确定：
T
iter = T
sample
=
L
1
T
clk
≥
3
1
(T
M
+ 2T
A
) （3-3）
重要的是要理解在并行系统中T clk
≠T sample，而在流水线系统中T clk＝T sample，下图给出了一个完整的并行处理系统，它包含串-并转换器和并-串转换器：
图5 块尺寸为4的完全并行处理系统
其细节如下图所示：
现在人们会问，当能够用流水线达到同样好的效果时，为什么还要并行处理
呢？为什么要复制和使用这么多硬件呢？回答是，流水线存在一个基本的限制，就是输入/输出（I/O）的瓶颈问题。
考虑图6的芯片组：
图6 一个芯片组图
例如,若假定输出管腿、输入管腿和两个芯片之间连线的延时总和为8ns，必须大于或等于8ns。若关键路径的计算时间小于8ns，则I/O延时的那么T
clk
限制将占主导地位，该系统为通信受限的系统。这实质上意味着，流水线仅在关键路径计算时间大于通信或I/O延时边界时才可以使用，一旦达到此边界后，流水线就不能进一步提高速度了。这时，流水线必须结合并行处理才能进一步提高该架构的速度。作为一个例子，考虑图7的并行滤波器：
图7 块尺寸为3的3阶FIR滤波器的并行处理架构
假定一个乘法的计算时间（T
M
）是10ut，一个加法的计算时间为2ut。细粒
流水线可用到并行滤波器中来进一步缩小关键路径。在这种情况下，乘法器分拆为两个较小的单元m1和m2，其计算时间分别为7ut和3ut。流水线锁存器插入到穿过乘法器的水平割集上，如下图所示。虽然这些水平割集看起来似乎是无效的，但是实际上它们是有效的，因为去掉这些割集的边就断开了元件间的连接。于是通过并行处理与流水线的结合，采样周期减至：
(3-4) 并行处理也被通过减慢是中来减少功耗，这种方法减少功耗是由于时钟方面的原因，相比之下，流水线系统需要工作在更快的时钟下，才能保持等价的吞吐率或采样速度。进一步说，更不希望使用细粒度流水线，如位级流水线，因为硬件开销与迟滞时间都会由于锁存器的显著增加而增加。
4.流水线与并行处理的功耗减低
利用流水线和并行处理有两个主要的优点：
1）高速度
2）低功耗
由前面章节已经看出流水线与并行处理能够增加采样速度。现在考虑在采样速度不需要增加的情况下如何利用这些技术来降低功耗。
回顾一下两个公式，一个是计算CMOS电路传播延时的公式，另一个是计算
功耗的公式。传播延时T
pd
与在关键路径上各种晶体管栅极和杂散电容的充放电荷密切相关，对CMOS电路，传播延时可写为：
T pd =
2
arg
)
(
t
e
ch
V
V
k
V
C
(4-1)
其中C
charge
表示在单个时钟周期里充放电的电容，即沿着关键路径的电容，
V 0是电源电压，V
t
是阈值电压。参数k是工艺参数μ、W/L和C
ox
的函数。CMOS电
路的功耗可用下列方程来估计：
P = C
total
2
V f (4-2)
其中C
total 代表电路中的总电容，V
是电源电压，f是电路的时钟频率。
图8 3阶FIR滤波器细粒度流水线与并行处理相结合的架构4.1 用流水线降低功耗：
流水线结构可以用来降低FIR滤波器的功耗，令
P seq = C
total
2
V f (4-3)
表示原始滤波器的功耗。注意f = 1/T
seq ，其中T
seq
原始时序滤波器的时钟
周期。现在考虑一个M级流水线系统，其关键路径缩短为原始路径长度的1/M，
一个时钟周期内充放电电容减小为C
charge
/M，注意总电容没有变化。如果时钟速
度保持不变，即时钟频率f保持不变，在原来对电容C
charge
充放电的同样时间内，
现在只需对C
charge /M进行充放电，这意味着，电源电压可以降低到βV
，其中β
是一个小于1的常数。这样，流水线滤波器的功耗将为：
P pip = C
total
β22
V f = β2P seq (4-4)
因此，和原始系统相比流水线系统的功耗降低了β2倍。
图9 原始系统和3级流水线系统的关键路径
功耗降低因子β可以通过考察原始滤波器和流水线滤波器传播时之间的关系来确定。原始滤波器的传播延时是
（4-5）
流水线滤波器的传播延时是
(4-6)
应该注意的是，时钟周期T
clk 通常被设置为等于电路中的最大传播延时T
pd
。
因为对于这两个滤波器来说使用相同的时钟速度，根据上述两个公式，从下列二次方程可以解出β，
(4-7) 一旦得到了β，流水线滤波器降低的功耗就可以由下面公式算出：
P pip = C
total
β22
V f = β2P seq (4-8)
4.2 用并行处理降低功耗
和流水线一样，并行处理也可以通过降低电源电压来降低功耗。在一个L 路并行系统中，充电电容通常不变，而总电容增大L倍。为了保持同样的采样速
度，L级并行电路的时钟周期必须增加到LT
seq ，其中T
seq
是由公式4-5决定的时
序电路的传播延时。这意味着Ccharge的充电时间是LT
seq 而不是T
seq
。换句话说，
同样的电容有了更长的充电时间。这就意味着电源电压可以降低到βV
。
图10 顺序流水线系统和3级流水线系统的关键路径对传播延时的考虑可以再次用来计算L级并行系统的电源电压。原始系统的传播延时由公式3-13给出，而L级并行系统的传播延时由下式给出：
(4-9)
根据公式3-13和3-22可以得到下列二次方程来就出β：
(4-10)
一旦求出β，L路并行系统的功耗可以计算如下：
(4-11) 其中Pseq是由4-3给出的原始时序系统的功能。所以，和流水线系统一样，L路并行系统功耗为原时序系统的β2倍。
4.3 流水线和并行处理的结合
流水线技术和并行处理技术可以结合起来降低功耗。原理是一样的，即流水线降低1个时钟周期内充放电电容，而并行处理则增加对原电容的充电放电时钟周期。
图11
并行流水线滤波器的传播延时如下：
(4-12)
根据该方程，得到下列二次方程：
(4-13) 应该注意的是，电源电压并不能通过使用更多级的流水线和并行处理而无限地降低，因为存在一个由工艺参数和噪声容限决定的电源电压下限。
结论：
本节内容介绍了非递归数字滤波器中的流水线和并行处理方法。这两种方法都可以用来提高滤波器的采样频率。在流水线中，流水线锁存器放置在SFG中的前馈割集处，是关键路径的计算时间降低。其结果使时钟频率的以提高，从而采样频率提高。在并行处理中，复制原始的串行系统的硬件，得到一个MIMO并行系统。在这种情况下，时钟频率不变，采样频率却增加了。此外，还说明了流水线和并行处理在低功耗设计中的应用。基本思路是利用降低电源电压的方法，用提高后的采样速度换取功耗的降低。利用快速算法，并行FIR滤波器能够以小于并行级数线性增加的硬件代价实现。
摘要：基于流水线技术，利用fpga进行并行可重复配置高精度的fir滤波器设计。使用vhdl 可以很方便地改变滤波器的系数和阶数。在dsp中采用这种fir滤波器的设计方法可以充分发挥fpga的优势。关键词：fir滤波器 fpga 流水线技术数字滤波器可以滤除多余的噪声，扩展信号频带，完成信号预调，改变信号的特定频谱分量，从而得到预期的结果。数字滤波器在dvb、无线通信等数字信号处理中有着广泛的应用。在数字信号处理中，传统滤波器通过高速乘法累加器实现，这种方法在下一个采样周期到来期间，只能进行有限操作，从而限制了带宽。现实中的信号都是以一定的序列进入处理器的，因此处理器在一个时钟周期内只能处理有限的位数，不能完全并行处理。基于并行流水线结构的fir滤波器可以使笔者设计的64阶或者128阶滤波器与16阶滤波器的速度一样快，其显著特别是在算法的每一个阶段存取数据。fpga结构使得以采样速率处理数字信号成为常数乘法器的理想载体，提高了整个系统的性能。由于设计要求的差异，如字长、各级输出的保留精度等不同，在整个设计过程中，各个环节也有所不同，这就需要根据不同的要求对数据进行不同的处理，如截断、扩展等，从而设计出既满足设计需要，又节省fpga资源的电路。 图1 并行滤波器结构 1 fir并行滤波器结构数字滤波器主要通过乘法器、加法器和移位寄存器实现。串行处理方式在阶数较大时，处理速度较慢。而现代数字信号处理要求能够快速、实时处理数据，并行处理数据能够提高信号处理能力，其结构如图1所示。 图2 查找表相乘和累加 从上面的算法可以看出，处理数据的采样时钟对每一个抽头来说都是并行的，并且加法器和移位寄存器采用级联方式，完成了累加器的功能，综合了加法器和移位寄存器的优点，而且这种算法的各级结构相同，方便扩展，实现了任意阶数的滤波器。算法中，真正点用系统资源的是乘法器。如果将系数量化成二进制，就能采用移位寄存器和加法器实现乘法功能。对于一个特定的滤波器，由于它有固定的系数，乘法功能就是一个长数乘法器。下面将讨论乘法器的设计问题。 2 fir并行滤波器的乘法器设计在并行滤波器的设计中，每一个乘法器的一端输入数据，另一端为固定常数。对于常数乘法器，可以预先将常数的部分乘积结构存储起来，然后通过查表的方式实现两个数据的乘积。以16位输入、常数为14位的乘法器为例，给出其实现结构如图2所示。对于无符号数来说，这是一种理想结构。但是在实际使用中，通常使用有符号数且常用补码的形式，因此需要对这种结构进行改进。一种改进方法是将输入的数据分开，即最高的几位作为有符号数处理，其它作为无符号数处理。第二种改进方法是将符号数经过补码/原码变换器变换成原码，然后，将原码作为无符号数处理，通过有符号数的符号位来控制加法器的加减。第三种改进方法是一种优化方法，即要用三个二进制补码变换器，处理输入的有符号数和滤波器的系数，这样可以避免使用有符号数的乘法和加法运算。具体的乘法累加器运算过程及结果如图3所示。其中，对应乘数高位和低位部分积p1(n)和p2(2)可以分别先垂直相加后水平相加，或者先水平相加后垂直相加，最后的结果是一样的。若采用后种方法，由于fir滤波器的h(n)均为常数，得到部分积的矢量乘法运算就演变成了查表法，其中，s1(n)表示s(n)的最低有效,p1表示最低有效位部分积之和。 图4 有符号数查找表优化结构 同理，得p2，将p2左移一位与p1相加，便得到最后结果。这种查表法就是采用流水线技术进行fir滤波器算法分解的基础，当字长增加时，相应得到p3、p4等。并相应移位相加即可。采用流水线技术和加法器的资源共享技术可以更好地提高常数乘法器的优越性。16比特输入、14比特常数的这种方法的常数乘法器的结构如图4所示。 图5 优化fir滤波器结构 在这种结构中，时钟是f1，内部操作的时钟是4×f1，其中的4个多路复用器每次可
1、针对PVP，SMP，MPP，DSM，COW五种并行结构，指出每一种结构的2 个独特特性（独特特性指在任何其它模型中没有）。 2、写出三个可扩展定律的加速比：固定工作负载加速比、固定时间加速比和受 限于存储器加速比。 Ch2： 1、比较超标量处理器和超流水线处理器。 2、就指令系统规模、指令格式、寻址方式以及每条指令周期数5个方面，比较RISC和CISC 处理器的指令系统。 Ch3： 1、比较WI，WU，WT，WB。 2、从存储器结构的角度列出MIMD的详细分类。
1、对于n维带环立方体(CCC，Cube-Connected Cycles)、具有N个结点的完全二叉树(Binary Tree)网络和具有N个结点的二维网格（2D Mesh），填写下列空格： 2、请画出用2×2开关(switch)和均匀洗牌拓扑连接(Perfect Shuffle)的8×8 Omega (?) 网络。
Ch5&Ch6： 1、专用机群和非专用机群比较。 2、如图为一个共享磁盘的双结点机群，假定只有结点会发生故障，且每个结点的可用性为99%。系统中其他部分（如：互连结构和共享的RAID磁盘）为100%可用。另外假定当一个结点发生故障时，将它的工作负载转移到其他结点上所用的时间为0。 a.如果忽略预期关机时间，机群的可用性为多少？ b.如果机群每月要用1小时维护，其可用性是多少？ Ch7: 1、比较SIMD，MIMD，SPMD，MPMD四种执行方式。 2、在以下的代码中，进程P向进程Q发送包含在变量M中的一个消息，Q将此消息接收到它的变量S中： 进程P 进程Q M = 10; S = -100; Send M to Q; Receive S from P; M = 20; X = S + 1; Output（X）； 试分别在同步、锁定和非锁定方式下，分析可能的结果（X的可能值）。
流水线与生产线
流水线与生产线 流水线 一、流水线技术的由来： 从前在英格兰北部的一个小镇里，有一个名叫艾薇的人开的鱼和油煎土豆片商店。在店里面，每位顾客需要排队才能点他（她）要的食物（比如油炸鳕鱼，油煎土豆片，豌豆糊，和一杯茶）。然后每个顾客等着盘子装满后坐下来进餐。 艾薇店里的油煎土豆片是小镇中最好的，在每个集市日中午的时候，长长的队伍都会排出商店。所以当隔壁的木器店关门的时候，艾薇就把它租了. 他们没办法再另外增加服务台了；艾薇的鳕鱼和伯特的油煎土豆片是店里面的主要卖点。但是后来他们想出了一个聪明的办法。他们把柜台加长，艾薇，伯特，狄俄尼索斯和玛丽站成一排。顾客进来的时候，艾薇先给他们一个盛着鱼的盘子，然后伯特给加上油煎土豆片，狄俄尼索斯再给盛上豌豆糊，最后玛丽倒茶并收钱。顾客们不停的走动；当一个顾客拿到豌豆糊的同时，他后面的已经拿到了油煎土豆片，再后面的一个已经
拿到了鱼。一些穷苦的村民不吃豌豆糊-但这没关系，这些顾客也能从狄俄尼索斯那里得个笑脸。 这样一来队伍变短了，不久以后，他们买下了对面的商店又增加了更多的餐位。这就是流水线。将那些具有重复性的工作分割成几个串行部分，使得工作能在工人们中间移动，每个熟练工人只需要依次的将他的那部分工作做好就可以了。虽然每个顾客等待服务的总时间没变，但是却有四个顾客能同时接受服务，这样在集市日的午餐时段里能够照顾过来的顾客数增加了三倍。 二、流水线定义：后道包装流水线 流水线是在一定的线路上连续输送货物搬运机械，又称输送线或者输送机。按照输送系列产品大体可以分为：皮带流水线、板链线、倍数链线、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。流水线输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干
《微机原理与接口技术》习题解答 习题1 1.1 冯·诺依曼型计算机的设计方案有哪些特点？ 【解答】冯·诺依曼型计算机的设计方案是“存储程序”和“程序控制”，有以下5方面特点：（1）用二进制数表示数据和指令； （2）指令和数据存储在内部存储器中，按顺序自动依次执行指令； （3）由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成基本硬件系统； （4）由控制器来控制程序和数据的存取及程序的执行； （5）以运算器为核心。 1.2 微处理器和微型计算机的发展经历了哪些阶段？各典型芯片具备哪些特点？ 【解答】经历了6代演变，各典型芯片的特点如表1-1所示。 表1-1 微处理器的发展及典型芯片的特点 1.3 微型计算机的特点和主要性能指标有那些? 【解答】除具有运算速度快、计算精度高、有记忆能力和逻辑判断能力、可自动连续工作等基本特点以外，还具有功能强、可靠性高、价格低廉、结构灵活、适应性强、体积小、重量轻、功耗低、使用和维护方便等。 微型计算机的性能指标与系统结构、指令系统、硬件组成、外部设备以及软件配备等有关。常用的微型计算机性能指标主要有：字长、主频、内存容量、指令数、基本指令执行时间、可靠性、兼容性、性能价格比等。
1.4 常见的微型计算机硬件结构由哪些部分组成？各部分的主要功能和特点是什么？ 【解答】微型计算机硬件一般由微处理器、内存储器、外存储器、系统总线、接口电路、输入/输出设备等部件组成。 主要组成部件的功能和特点分析如下： （1）微处理器：是微型计算机的核心部件，由运算单元ALU、控制单元、寄存器组以及总线接口部件等组成，其功能是负责统一协调、管理和控制系统中的各个部件有机地工作。 （2）内存储器：用来存放计算机工作过程中需要的操作数据和程序。可分为随机存储器RAM和只读存储器ROM。RAM存放当前参与运行的各种程序和数据，特点是信息可读可写，存取方便，但信息断电后会丢失；ROM用于存放各种固定的程序和数据，特点是信息固定不变，关机后原存储的信息不会丢失。 （3）系统总线：是CPU与其它部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。可分成数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB。 （4）输入/输出接口电路：完成微型计算机与外部设备之间的信息交换。由寄存器组、专用存储器和控制电路等组成。 （5）主机板：由CPU插座、芯片组、内存插槽、系统BIOS、CMOS、总线扩展槽、串行/并行接口、各种跳线和一些辅助电路等硬件组成。 （6）外存储器：使用最多的是磁盘存储器（软盘、硬盘）和光盘存储器。外存储器容量大，保存的信息不会丢失。 （7）输入/输入设备：是微型计算机系统与外部进行通信联系的主要装置。常用的有键盘、鼠标、显示器、打印机和扫描仪等。 1.5 什么是微型计算机的系统总线？说明数据总线、地址总线、控制总线各自的作用。 【解答】系统总线是CPU与其它部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。 （1）数据总线：用来传送数据，主要实现CPU与内存储器或I/O设备之间、内存储器与I/O设备或外存储器之间的数据传送。 （2）地址总线：用来传送地址。主要实现从CPU送地址至内存储器和I/O设备，或从外存储器传送地址至内存储器等。 （3）控制总线：用于传送控制信号、时序信号和状态信息等。 1.6 什么是系统的主机板？由哪些部件组成？ 【解答】CPU、RAM、ROM、I/O接口电路以及系统总线组成的计算机装置称为“主机”，主机的主体则是主机板。主机板上主要有CPU插座、芯片组、内存插槽、系统BIOS、CMOS、总线扩展槽、串行/并行接口、各种跳线和一些辅助电路等硬件。 1.7 计算机中有哪些常用的数制和码制？如何进行数制之间的转换？ 【解答】数值数据经常用二进制、十进制、八进制和十六进制；字符数据使用ASCII码；表示十进制数字用BCD码。 （1）十进制到二进制：整数部分连续除以2后“倒取余”，小数部分连续乘以2后“正取整”； （2）二进制到十进制：将二进制数按权展开即可。 （3）二进制到八进制：将3位二进制一组对应1位八进制数码。 （4）八进制到二进制：将1位八进制数码对应3位二进制数码。 十六进制与二进制间转换与八进制与二进制间转换类似，只是比例关系为1位十六进制数码对应4位二进制数码。 1.8 将下列十进制数分别转化为二进制数、十六进制数和压缩BCD码。 （1）15.32 （2）325.16 （3）68.31 （4）214.126
并行计算 一、并行计算概述 1.并行计算定义： 并行计算（Parallel Computing）是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程。为执行并行计算，计算资源应包括一台配有多处理机（并行处理）的计算机、一个与网络相连的计算机专有编号，或者两者结合使用。并行计算的主要目的是快速解决大型且复杂的计算问题。此外还包括：利用非本地资源，节约成本―使用多个“廉价”计算资源取代大型计算机，同时克服单个计算机上存在的存储器限制。 为利用并行计算，通常计算问题表现为以下特征： （1）将工作分离成离散部分，有助于同时解决； （2）随时并及时地执行多个程序指令； （3）多计算资源下解决问题的耗时要少于单个计算资源下的耗时。 并行计算是相对于串行计算来说的，所谓并行计算分为时间上的并行和空间上的并行。时间上的并行就是指流水线技术，而空间上的并行则是指用多个处理器并发的执行计算。2.并行化方法 1)域分解 首先，确定数据如何划分到各个处理器 然后，确定每个处理器所需要做的事情 示例：求数组中的最大值 2)任务（功能）分解 首先，将任务划分到各个处理器 然后，确定各个处理器需要处理的数据 Example: Event-handler for GUI 二、并行计算硬件环境 1.并行计算机系统结构 1)Flynn分类 a. MIMD 多指令流多数据流(Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream，简称MIMD)，它使用多个控制器来异步的控制多个处理器，从而实现空间上的并行性。 对于大多数并行计算机而言，多个处理单元都是根据不同的控制流程执行不同的操作，处理不同的数据，因此，它们被称作是多指令流多数据流计算机 b. SIMD 单指令流多数据流(Single Instruction Multiple Data)能够复制多个操作数，并把它们打包在大型寄存器的一组指令集，以同步方式，在同一时间内执行同一条指令。 以加法指令为例，单指令单数据（SISD）的CPU对加法指令译码后，执行部件先访问内存，取得第一个操作数；之后再一次访问内存，取得第二个操作数；随后才能进行求和运算。而在SIMD型的CPU中，指令译码后几个执行部件同时访问内存，一次性获得所有操作数进行运算。这个特点使SIMD特别适合于多媒体应用等数据密集型运算。 2)并行计算及结构模型 a. SMP SMP (Symmetric Multiprocessor) 采用商品化的处理器，这些处理器通过总线或交叉开关连接到共享存储器。每个处理器可等同地访问共享存储器、I/O设备和操作系统服务。 扩展性有限。
TMS320C55x DSP并行处理技术分析与 应用 TMS320C55x DSP并行处理技术分析与应用 类别：单片机/DSP TMS320C55x DSP是一种高性能的数字信号处理器，其强大的并行处理能力能够进一步提高其运算能力。本文介绍了C55xDSP的内核结构以及用户自定义并行指令时必须遵守如下3条并行处理基本规则，并介绍了6种典型的并行处理应用。利用本文介绍的方法使用并行处理能力将有效提高程序执行效率，同时降低系统功耗。 德州仪器公司(TI)的TMS320C55x(简称C55x)DSP内核是在 TMS320C54x(简称C54x)基础上开发出来的，并可以兼容C54x的源代码。C55x 的内核电压降到了1V，功耗降到0.05mW/MIPS，是C54x的1/6。C55x的运行时钟可以达到200MHz，是C54x的两倍，再加上C55x在C54x结构上作了相当大的扩展，程序执行时可以大量采用并行处理，这样使得C55x的实际运算能力可以达到300MIPS以上。 C55x DSP已越来越多地应用于各种手持便携终端当中。以下我们将通过详细介绍C55x的CPU内核结构，讨论其并行处理技术的应用。 C55x DSP内核结构 C55x DSP是一款采用改良型哈佛结构，高度模块化的数字信号处理器拥有比普通DSP更为丰富的硬件资源，能够有效提高运算能力。其内核结构如图1所示，整个处理器内部分为5个大的功能单元：存储器缓冲单元(M单元)、指令缓冲单元(I单元)、程序控制单元(P单元)、地址生成单元(A单元)和数据计算单元(D单元)，各个功能单元之间通过总线连接。C55x DSP中有1条32位程序数据总线(P总线)，1条24位程序地址总线(PA总线)，5条16位的数据总线(B、C、D、E、F总线)和5条24位的数据地址总线(BA、CA、DA、EA、FA总线)。这种高度模块化的多总线结构使得C55x DSP拥有超强的并行处理能力。 M单元主要管理数据区(包括I/O数据区)与中央处理器(CPU)之间的数据传送，使得高速CPU与外部相对低速的存储器之间在吞吐量上的瓶颈可以得到一定程度的缓解。 I单元从程序数据总线接收程序代码，并将其放入指令缓冲队列(IBQ)中，然后利用指令译码器将指令缓冲队列中的程序代码进行译码，最后再将译码后的指令送给P单元、A单元、D单元进行处理。 P单元主要是通过判断是否满足条件执行指令的条件来控制程序地址的产生，达到控制程序流程的目的。程序控制单元中还含有程序控制寄存器、循环控制寄存器、中断寄存器和状态寄存器等硬件寄存器。通过循环控制寄存
北京邮电大学2012—2013学年第1学期 《微处理器与接口技术 》期末考试试题（A ） 一、填空题（每空1分，共18分） 1. 假设AL 中存放二进制数01011101B ，若执行指令NEG AL 后再执行CBW ，则AX 的内容为 ，如果认为结果是补码，则按十进制大小是 。 2. 8086在执行MOV AL ，[2001H] 时，需要一个总线周期，ALE 在该总线周期内要持续 个时钟周期有效，此时BHE 为 ，A 0为 。 3. 某8位数据总线的微处理器系统中由6片16K ×4的芯片组成ROM 内
存，若该内存的末地址为0FFFFFH，则其首地址为（填写物理地址）。 4. 计算机内的堆栈存取采用原则，有一个堆栈区，地址为 1250H:0000H~1250H:0100H，(SP)=0052H，则栈顶的物理地址是，栈底的物理地址是。 5. 已定义“V AR1 DB 01H，10H，00H，02H”，且AX=0210H，则指令“DIV V AR1+1”的源操作数是，执行该指令后（会/不会）发生除法溢出中断。 6. 标志寄存器中，标志没有相应的指令来修改，可以通过以下命 令来对其置位，请补充完整。 PUSHF POP AX PUSH AX POPF 7. D/A转换器的分辨率是指。 8. 8086的INTR中断响应时会发出两个低电平的中断响应周期，其中在第 个中断响应周期，8259会通过数据总线向CPU提供中断类型号，该类型号的低3位由提供。 9. 8253的工作方式中，方式（要填写所有符合条件的方式）要 通过GATE端来触发启动计数，在计数过程中如果需要读取计数值，应该向。 二、判断题，正确的在括号内打√，否则打×（每小题2分，共20分） 1.8086的指令执行部件EU负责指令的执行，所以读写存储器的MOV指 令产生的读写控制信号由EU负责产生。（）
流水线与并行处理 1. 概述 流水线技术导致了关键路径的缩短，从而可以提高时钟速度或采样速度，或者可以在同样速度下降低功耗。在并行处理中，多个输出在一个时钟周期内并行地计算。这样，有效采样速度提高到与并行级数相当的倍数。与流水线类似，并行处理也能够用来降低功耗。 考虑3阶有限冲激响应（FIR ）数字滤波器： y(n) = ax(n) + bx(n-1) + cx(n-2) （1-1） 其框图实现示意图如图1所示： 图1 一个3阶FIR 滤波器 关键路径（或者处理一个新样点所需要的最小时间）由1个乘法与2个加法器时间来限定。如果T M 是乘法所用的时间，T A 是加法操作需要的时间，T sample 是采样周期，则必须满足： T sample ≥ T M + 2T A （1-2） 因而，采样频率（f sample ）（也称为吞吐率或迭代速率），由下式给出： f sample ≤ A M T T 21 （1-3） 流水线采用沿着数据通路引入流水线锁存器（本人理解是寄存器）的方法来减小有效关键路径（effective critical path ）。并行处理提高采样频率是采用复制硬件的方法，以使几个输入能够并行的处理，而几个输出能够在同一时间产生出来。 2. FIR 数字滤波器的流水线 其流水线实现是通过引入两个附加锁存器而得到的，如图2所示：
图2 流水线FIR滤波器，其中垂直虚线代表一个前馈割集关键路径现在由T M + 2T A减小为T M + T A。在这种安排下，当左边的加法器启动当前迭代计算的同时，右边的加法器正在完成前次迭代结果的计算。 必须注意到，在一个M级流水线系统中，从输入到输出的任一路径上的延时原件数目是（M-1）,它要大于在原始时序电路中同一路径上的延时元件数。虽然流水线技术减小了关键路径，但是它付出了增加迟滞（latency）的代价。迟滞实质上是流水线系统第一个输出数据的时间与原来时序系统第一个输出数据时间相比的滞后。流水线技术缺点：增加了锁存器数目和增加了系统的迟滞。 下面要点需要注意： （1）一个架构的速度（或时钟周期）由任意两个锁存器间、或一个输入与一个锁存器间、或者一个锁存器与一个输出间、或输入与输出间路径中最长的路径限定。 （2）这个最长的路径或“关键路径”可以通过在架构中适当插入流水线锁存器来减小。 （3）流水线锁存器只能按照穿过任一图的“前馈割集（feed-forward cutset）”的方式插入。 割集：割集是一个图的边的集合，如果从图中移去这些边，图就成为不相连的了。 前馈割集：如果数据在割集的所有边上都沿前进的方向移动，这个割集就称为前馈割集。
范文范例学习指导 第1章微机运算基础 习题和思考题 1.请完成以下计算： 174．66D=(10101110.10101)B＝（AE. A8）H 10101110101.01011B＝（1397.344）D＝（575.58）H 4BCH＝（010*********）B＝（）BCD 2.设字长为8位，X＝（2A）16，当X分别为原码、补码、反码和无符号数的时候，其真值 是多少？ 答：当X表示原码时，其真值为：＋101010 当X表示补码时，其真值为：＋101010 当X表示反码时，其真值为：＋101010 当X表示无符号数数时，其真值为：00101010 3.设字长为8位，用补码形式完成下列计算，要求有运算结果并讨论是否发生溢出？ 120＋18 －33－37 －90－70 50＋84 答：120＋18 其补码形式分别为：（120）补＝01111000 （18）补＝00010010 01111000 ＋ 00010010 10001010 由于C s=0 ，C p=1，因此有溢出，结果错误 －33－37 其补码形式为：（－33）补＝11011111 （－37）补＝11011011 11011111 ＋11011011 10111010 由于C s=1， C p=1，所以没有溢出，结果正确 －90－70 其补码形式为：（－90）补＝10011100 （－70）补＝10111010 10011100 ＋10111010 01010110 由于C s=1， C p=0，所以有溢出，结果错误 50＋84
其补码形式为：（50）补＝00110010 （84）补＝01010100 00110010 ＋01010100 10000110 由于C s=0， C p=1，所以有溢出，结果错误 4.请写出下列字符串的ASCII码值。 My name is Zhang san. 4D 79 6E 61 6D 65 69 73 5A 68 61 6E 67 73 61 6E 2E 第2章 80X86微机系统 习题与思考题 1.微型计算机主要由哪些基本部件组成？各部件的主要功能是什么？ 答：微型计算机主要由输入设备、运算器、控制器、存储器和输出设备组成。 各部件的功能分别是：1、输入设备通过输入接口电路将程序和数据输入内存；2、运算器是进行算术运算和逻辑运算的部件，它是指令的执行部件；3、控制器是计算机的指挥中心，它负责对指令进行译码，产生出整个指令系统所需要的全部操作的控制信号，控制运算器、存储器、输入/输出接口等部件完成指令规定的操作；4、存储器用来存放程序、原始操作数、运算的中间结果数据和最终结果数据； 5、输出设备是CPU通过相应的输出接口电路将程序运行的结果及程序、数据送到的设备； 2.微处理器的发展过程是什么？ 答：微型计算机的发展过程是： 第一代（1946～1957）——采用电子管为逻辑部件，以超声波汞延迟线、阴极射线管、磁芯和磁鼓等为存储手段；软件上采用机器语言，后期采用汇编语言。 第二代（1957～1965）——采用晶体管为逻辑部件，用磁芯、磁盘作内存和外存；软件上广泛采用高级语言，并出现了早期的操作系统。 第三代（1965～1971）——采用中小规模集成电路为主要部件，以磁芯、磁盘作内存和外存；软件上广泛使用操作系统，产生了分时、实时等操作系统和计算机网络。 第四代（1971～至今）——采用大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）为主要部件，以半导体存储器和磁盘为内、外存储器；在软件方法上产生了结构化程序设计和面向对象程序设计的思想。 3.简述80486微处理器的基本结构。 书12页 4.80486微处理器的工作模式有几种？当CS内容为1000H，IP内容为7896H，求在实地址 模式下的物理地址为多少？ 答：实模式和保护模式及虚拟8086模式。当CS内容为1000H，IP内容为7896H，在实地
第十二章 并行程序设计基础 习题例题： 1、假定有n 个进程P(0)，P(1)，…，P(n -1)，数组元素][i a 开始时被分配给进程P(i )。试写出求归约和]1[]1[]0[-+++n a a a 的代码段，并以8=n 示例之。 2、假定某公司在银行中有三个账户X 、Y 和Z ，它们可以由公司的任何雇员随意访问。雇员们对银行的存、取和转帐等事务处理的代码段可描述如下： /*从账户X 支取￥100元*/ atomic { if (balance[X] > 100) balance[X] = balance[X]-100； } /*从账户Y 存入￥100元*/ atomic {balance[Y] = balance[Y]-100；} /*从账户X 中转￥100元到帐号Z*/ atomic { if (balance[X] > 100){ balance[X] = balance[X]-100； balance[Z] = balance[Z]+100； } } 其中，atomic {}为子原子操作。试解释为什么雇员们在任何时候（同时）支、取、转帐时，这些事务操作总是安全有效的。 3、考虑如下使用lock 和unlock 的并行代码： parfor (i = 0；i < n ；i++){ noncritical section lock(S)； critical section unlock(S)； }
假定非临界区操作取T ncs时间，临界区操作取T cs时间，加锁取t lock时间，而去锁时间可忽略。则相应的串行程序需n( T ncs + T cs )时间。试问： ①总的并行执行时间是多少？ ②使用n个处理器时加速多大？ ③你能忽略开销吗？ 4、计算两整数数组之内积的串行代码如下： Sum = 0； for(i = 0；i < N；i++) Sum = Sum + A[i]*B[i]； 试用①相并行；②分治并行；③流水线并行；④主-从行并行；⑤工作池并行等五种并行编程风范，写出如上计算内积的并行代码段。 5、图12.15示出了点到点和各种集合通信操作。试根据该图解式点倒点、播送、散步、收集、全交换、移位、归约与前缀和等通信操作的含义。 图12.15点到点和集合通信操作
大数据处理技术ppt讲课稿 科信办刘伟 第一节Mapreduce编程模型： 1.技术背景: 分布式并行计算是大数据（pb）处理的有效方法，编写正确高效的大规模并行分布式程序是计算机工程领域的难题：分布式并行计算是大数据（pb）处理的有效方法，编写正确高效的大规模并行分布式程序是计算机工程领域的难题。并行计算的模型、计算任务分发、计算机结果合并、计算节点的通讯、计算节点的负载均衡、计算机节点容错处理、节点文件的管理等方面都要考虑。 谷歌的关于mapreduce论文里这么形容他们遇到的难题：由于输入的数据量巨大，因此要想在可接受的时间内完成运算，只有将这些计算分布在成百上千的主机上。如何处理并行计算、如何分发数据、如何处理错误？所有这些问题综合在一起，需要大量的代码处理，因此也使得原本简单的运算变得难以处理，普通程序员无法进行大数据处理。 为了解决上述复杂的问题，谷歌设计一个新的抽象模型，使用这个抽象模型，普通程序员只要表述他们想要执行的简单运算即可，而不必关心并行计算、容错、数据分布、负载均衡等复杂的细节，这些问题都被封装了，交个了后台程序来处理。这个模型就是mapreduce。 谷歌2004年公布的mapreduce编程模型，在工业、学术界产生巨大影响，以至于谈大数据必谈mapreduce。 学术界和工业界就此开始了漫漫的追赶之路。这期间，工业界试图做的事情就是要实现一个能够媲美或者比Google mapreduce更好的系统，多年的努力下来，Hadoop（开源）脱颖而出，成为外界实现MapReduce计算模型事实上的标准，围绕着Hadoop，已经形成了一个庞大的生态系统 2. mapreduce的概念： MapReduce是一个编程模型，一个处理和生成超大数据集的算法模型的相关实现。简单的一句话解释MapReduce就是“任务的分解与结果的汇总”。MapReduce从它名字上来看就大致可以看出个缘由，两个动词Map和Reduce，“Map（展开）”就是将一个任务分解成为多个任务，“Reduce”就是将分解后多任务处理的结果汇总起来，得出最后的分析结果。 mapreduce成功的最大因素是它简单的编程模型。程序员只要按照这个框架的要求，设计map和reduce函数，剩下的工作，如分布式存储、节点调度、负载均衡、节点通讯、容错处理和故障恢复都由mapreduce框架（比如hadoop）自动完成，设计的程序有很高的扩展性。所以，站在计算的两端来看，与我们通常熟悉的串行计算没有任何差别，所有的复杂性都在中间隐藏了。它让那些没有多少并行计算和分布式处理经验的开发人员也可以开发并行应用，开发人员只需要实现map 和reduce 两个接口函数，即可完成TB级数据的计算，这也就是MapReduce的价值所在，通过简化编程模型，降低了开发并行应用的入门门槛，并行计算就可以得到更广泛的应用。 3.mapreduce的编程模型原理 开发人员用两个函数表达这个计算：Map和Reduce，首先创建一个Map函数处理一个基于key/value pair的数据集合，输出中间的基于key/value pair的数据集合，然后再创建一个Reduce函数用来合并所有的具有相同中间key值的中间value值，就完成了大数据的处理，剩下的工作由计算机集群自动完成。 即：(input)
微处理器与接口技术复习题 一、单选题 1.单片机复位后，SP、PC、I/O 口的内容为（）0 A.SP ：= 60H PC =OOH P0 =Pl =二P2= P3 =FFH B.SP == 00H PC =0000H P0 =Pl ==P2= P3 =OOH C.SP == 07H PC =0000H P0 =Pl =:P2= P3 =FFH D.SP ：= 00H PC =OOH P0 =Pl =二P2= P3 =OOH 2. 80C51有四个工作寄存器区，由PSW状态字中的RS1和RSO两位的状态来决 定，单片机复位后，若执行SETB RSO指令，此时只能使用（）的工作寄 存器。 A. 0区B?1区 C. 2区 D. 3区 3. ATMEL的AT89S51驱动能力最强的并行端口为（）。 A. PO B. Pl C? P2 D? P3 4. AT89S51单片机定吋器工作方式0是指（）工作方式。 A. 8位 B. 8位自动重装 C. 13位 D. 16位 5. AT89S51单片机外部中断0对应的中断入口地址是（）。 A. 0003 H B. 000BH C. 0013H D. 001BH 6. 下面哪条指令是错误的？（）。 A. MOVX @R0, #30H B? MO VC A, @A+PC C? RL A D? POP ACC 7. AT89S51单片机可分为两个屮断优先级别，各屮断源的优先级别设定是利用（）寄存器。 A. IE B? PCON C? IP D? SCON & AT89S51单片机响应外部中断1的中断时，程序应转移到地址（）o A. 0003H B. 000BH C. 0013H D. 001BH 9. AT89S51单片机的位寻址区位于内部RAM的（）单元。 A. 00H ?7FH B? 20H ?7FH C. 00H ?1FH D. 20H ?2FH 10. AT89S51单片机在同一优先级的中断源同时中请中断时,CPU首先响应（）。 A.外部中断0 B.外部中断1 C.定吋器0中断 D.定时器1中断 11. 已知：MOV A, #28H MOV RO, #20H MOV @R0, A ANL A, #OFH ORL A, #80H XRL A, @R0 执行结果A的内容为（）o A. AOH B? 28H C? 08H D? 88H 12?在80C51中，需要外加电路实现中断撤除的是：（）o A. 定时中断 B.脉冲方式的外部屮断 C.外部串行中断 D.电平方式的外部中断 13?80C51的定时器T0,若振荡频率为12 MHz,在方式1下最大定时时间为（）。
北京邮电大学2012— 2013学年第1学期 《微处理器与接口技术 》期末考试试题 （A ） 一、填空题（每空1分，共18分） 1?假设AL 中存放二进制数 01011101B ，若执行指令 NEG AL 后再执行 CBW ，则AX 的内容为 __________ ，如果认为结果是补码， 则按十进制大 小是 __________ 。 2. 8086在执行MOV AL ，［200伯］时，需要一个总线周期， ALE 在该总线 周期内要持续 ________ 个时钟周期有效，此时 BHE 为 ______________ ，A 。 为 __________ 。 3. 某8位数据总线的微处理器系统中由 6片16K X 4的芯片组成ROM 内 :名 姓 :号序内班 : 号学 :
存，若该内存的末地址为OFFFFFH，则其首地址为__________ （填写物理地址）。 4?计算机内的堆栈存取采用_______________ 原则，有一个堆栈区，地址为1250H:0000H~1250H:0100H ，（SP）=0052H ，则栈顶的物理地址 是____________ ，栈底的物理地址是__________________ 。 5.已定义“ VAR1 DB 01H，10H，00H，02H ”，且AX=0210H，则指令“ DIV VAR1+1 ”的源操作数是___________ ，执行该指令后 ______ （会/不会）发生除法溢出中断。 6.标志寄存器中，_________ 标志没有相应的指令来修改，可以通过以下命 令来对其置位，请补充完整。 PUSHF POP AX PUSH AX POPF 7.D/A转换器的分辨率是指_________________________________ 。 8.8086的INTR中断响应时会发出两个低电平的中断响应周期，其中在第 ________ 个中断响应周期，8259会通过数据总线向CPU提供中断类型号，该类型号的低3位由____________________________________ 提供。 9.8253的工作方式中，方式____________ （要填写所有符合条件的方式）要 通过GATE端来触发启动计数，在计数过程中如果需要读取计数值，应 该向_____________________________ 。 二、判断题，正确的在括号内打"，否则打x（每小题2分，共20分） 1.8086的指令执行部件EU负责指令的执行，所以读写存储器的MOV指令产生的
微机原理及接口技术-习题答案
第一章习题及答案 1. 微处理器内部包含哪三大部分？ 解：运算器、控制器和寄存器组。 2. 完成下列数制的转换 ①10101101B=（）D=（）H 解：10101101B=173D=ADH。 ②0.11B=（）D 解：0.11B=0.75D。 ③211.25=( )B =( )H 解：211.25=11010011.01B=D3.4H。 ④ 10111.0101B=( )H=( )BCD 解：10111.0101B=17.5H=23.3125D=（0010 0011.0011 0001 0010 0101）BCD
微机原理及接口技术习题及答案 ·34· 3. 已知X=+1011010B ，Y=–0011011B ，设机器数为8位，分别写出X 、Y 的原码、反码和补码。 解： [][][]01011010B 01011010B 01011010B X X X ===原反补 [][][]10011011B 11100100B 11100101B Y Y Y ===原反补 4. 已知X 的真值为32，Y 的真值为–19，求[]?Y X =+补 解：[] 00001101B X Y +=补 5. 已知X=51，Y=–86，用补码完成下列运算，并判断是否产生溢出（设字长为8位）。 ① X ＋Y ② X －Y ③ –X ＋Y ④ –X －Y 解： 10100011B ，因为67C C 0⊕=，所以未产生溢出。 ② 11110111B ，因为67C C 1⊕=，所以产生溢出。
微机原理及接口技术习题及答案 ·34· ③ 01110111B ，因为67C C 1⊕=，所以产生溢出。 ④ 00100011B ，因为67C C 0 ⊕=，所以未产生溢出。 6. 若使与门的输出端输出高电平，则各输入端的状态是什么？ 解：各输入端为高电平。 7. 若使与非门的输出端输出低电平，则各输入端的状态是什么？ 解：各输入端为高电平。 8. 如果74LS138译码器的Y 4端输出低电 平，则C 、B 、A 三个输入端的状态分别是什么？ 解：C 、B 、A 三个输入端的状态分别是 ‘1’，‘0’，‘0’。
并行计算期末试题 适用专业：理工类 考试说明： 1、将试卷答案以学号命名为word文件，如115042101.doc，上传到 ftp://172.17.124.203/upload。 2、第一、二大题，直接将答案写在题后；第三、四题要求将程序补充、编写完 整并将运行结果截图插在题目后面。 一、简述题（每小题4分，共20分）。 1、简述openmp编译制导指令master,single,critical,atomic的功能。 1.master制导语句指定代码段只能被主线程执行 2.single编译制导语句指定内部代码只能由线程组中的一个线程执行。线程组中没有执行single语句的线程会一直等待代码块的结束，使用nowait子句除外。 3.critical制导语句表明域中的代码一次只能由一个线程执行，其他线程被阻塞在临界区 4.atomic制导语句指定特定的存储单元将被原子更新 2、简述openmp编译制导子句shared,private的功能？简述openmp编译制导指令threadprivate的功能。 1.private子句表示它列出的变量对于每个线程是局部的。 2.shared子句表示它所列出的变量被线程组中所有的线程共享，所有线程都能对它进行读写访问。 3.threadprivate语句使一个全局文件作用域的变量在并行域内变成每个线程私有，每个线程对该变量复制一份私有拷贝并在多个并行域中保持。 3、简述openmp函数omp_set_num_threads，omp_get_num_threads， omp_get_thread_num的功能；环境变量OMP_NUM_THREADS的功能。 omp_set_num_threads
并行处理技术与并行计算机 [摘要]：本文从计算机的体系结构和软件系统两方面阐述了并行处理技术的主要技术，并介绍了并行计算机发展的现状和趋势。 [关键词]：并行处理，并行计算机 [ABSTRACT]:In this paper,we summarize the primary technology of parallel processing from two aspect--------architecture and software,and we also introduce the status in quo and trend of parallel computer. [KEYWORDS]:Parallel Processing;Parallel Computer; 引言 计算机系统发展到今天,其性能价格已经极大的满足了多数人的需要,VLSI技术的发展使得计算机系统的性能得以飞速的提高..单处理机系统提高运算速度的主要途径是体系结构和电路工艺上的改进.结构上包括流水线结构,向量处理和指令级并行性的开发等,它只能把速度提高大约十倍,电路上的新材料还未成熟,而微小化几乎要接近极限. 在80年代中期,美国科技政策署就提出了巨大挑战(Grand Challenges)的任务,其中的气候模拟,半导体模拟,受控核聚变研究,海洋环流等需要大量复杂计算的问题都需要运算速度比现有的系统高的多的超级计算机. 早在80年代初,各种16/32位的高性能微处理机的并行机系统就出现了,并行处理技术以其高性能,广大的发展潜力,必将成为21世纪制造高性能计算机的关键计算.对并行处理技术的研究包括了并行机硬件和并行软件系统.本文将在这两方面进行探讨,最后说明目前并行计算机的一些发展概况及趋势. 并行处理技术 1.并行机的体系结构 对于计算机系统，存在着几种不同的分类法。本文将根据并行计算机的基本结构特点，分成以下四种结构：传统的向量并行机VPP，多处理机MP，工作站机群NOW及大规模并行处理机MPP。 1.1VPP传统的向量并行机 向量机已经使用了十几年，到现在，其编译技术日益成熟，适用范围逐步扩大。向量机发展到现在，已经遇到了严重的障碍，主要有三个方面：首先，它的效率取决于应用程序中可向量化语句所占的比例。仅仅采用向量流水技术，加速比不会很高。另一方面，提高向量机性能的主要途径是加快主频，而现在主频的再提高潜力不大。其次，向量机主要开发低层次的并行性，而低层次的并行有一定的限度。最后是它的可伸缩性。复杂度不允许连接太多的处理机。 一些主要的向量机有CD C7600,Cyber205,ETA-10,CRAY1,CRAY YMP/C90,Fujitsu VP200VP500,NEC的SX-3等。 1.2多处理机MP