并行实验报告
一、积分计算圆周率
1.1 积分计算圆周率的向量优化
1.1.1 串行版本的设计
任务：理解积分求圆周率的方法，将其用C代码实现。
注意：理论上，dx越小，求得的圆周率越准确；在计算机中由于表示的数据是有精度范围的，如果dx太小，积分次数过多，误差积累导致结果不准确。
以下为串行代码：
#include
#include
#define N 10000000
double get_pi(int dt){
double pi=0.0;
double delta =1.0/dt;
int i;
for(i=0; i double x=(double)i/dt; pi+=delta/(1.0+x*x); } return pi*4; } int main() { int dx; double pai; double start,finish; dx=N; start=clock(); pai=get_pi(dx); finish=clock(); printf("%.8lf\n",pai); printf("%.8lfS\n",(double)(finish-start)/CLOCKS_PER_SEC); return 0; } 时间运行如下： 第一次：time=0.02674000S 第二次：time=0.02446500S 第三次：time=0.02402800S 三次平均为：0.02508S 1.1.2 SSE向量优化版本设计 任务：此部分需要给出单精度和双精度两个优化版本。 注意： （1）测试均在划分度为10的7次方下完成。 以下是SSE双精度的代码： #include #include #include #define N 10000000 double get_pi(int dt){ double pi=0.0; double delta =1.0/dt; int i; for(i=0; i double x=(double)i/dt; pi+=delta/(1.0+x*x); } return pi*4; } double get_pi_sse(size_t dt){ double pi=0.0; double delta =1.0/dt; __m128d xmm0,xmm1,xmm2,xmm3,xmm4; xmm0=_mm_set1_pd(1.0); xmm1=_mm_set1_pd(delta); xmm2=_mm_set_pd(delta,0.0); xmm4=_mm_setzero_pd(); for(long int i=0; i<=dt-2; i+=2){ xmm3= _mm_set1_pd((double)i*delta); xmm3= _mm_add_pd(xmm3,xmm2); xmm3= _mm_mul_pd(xmm3,xmm3); xmm3= _mm_add_pd(xmm0,xmm3); xmm3= _mm_div_pd(xmm1,xmm3); xmm4= _mm_add_pd(xmm4,xmm3); } double tmp[2] __attribute__((aligned(16))); _mm_store_pd(tmp,xmm4); pi+=tmp[0]+tmp[1]/*+tmp[2]+tmp[3]*/; return pi*4.0; } int main() { int dx; double pai; double start,finish; dx=N; start=clock(); pai=get_pi_sse(dx); finish=clock(); printf("%.8lf\n",pai); printf("%.8lfS\n",(double)((finish-start)/CLOCKS_PER_SEC)); return 0; } 时间运行如下： 第一次：time=0.00837500S 第二次：time=0.00741100S 第三次：time=0.00772000S 三次平均为：0.00783S 以下是SSE单精度的代码： #include #include #include #define N 10000000 float get_pi_sse(size_t dt){ float pi=0.0; float delta =1.0/dt; __m128 xmm0,xmm1,xmm2,xmm3,xmm4; xmm0=_mm_set1_ps(1.0); xmm1=_mm_set1_ps(delta); xmm2=_mm_set_ps(delta*3,delta*2,delta,0.0); xmm4=_mm_setzero_ps(); for(long int i=0; i<=dt-4; i+=4){ xmm3= _mm_set1_ps((float)i*delta); xmm3= _mm_add_ps(xmm3,xmm2); xmm3= _mm_mul_ps(xmm3,xmm3); xmm3= _mm_add_ps(xmm0,xmm3); xmm3= _mm_div_ps(xmm1,xmm3); xmm4= _mm_add_ps(xmm4,xmm3); } float tmp[4] __attribute__((aligned(16))); _mm_store_ps(tmp,xmm4); pi+=tmp[0]+tmp[1]+tmp[2]+tmp[3]; return pi*4.0; } int main() { int dx; float pai; double start,finish; dx=N; start=clock(); pai=get_pi_sse(dx); finish=clock(); printf("%.8f\n",pai); printf("%.8lfS\n",(double)((finish-start)/CLOCKS_PER_SEC)); return 0; } 时间运行如下： 第一次：time=0.00406100S 第二次：time=0.00426400S 第三次：time=0.00437600S 三次平均为：0.00423S 1.1.3 A VX向量优化版本设计 任务：此部分需要给出单精度和双精度两个优化版本 注意： （1）测试均在划分度为10的7次方下完成。 （2）在编译时需要加-mavx 编译选项，才能启用AVX指令集，否则默认SSE指令集 （3）理论上，向量版本对比SSE版本和串行版本有明显加速，单精度版本速度明显优于双精度，速度接近双精度的两倍。 以下是AVX双精度的代码： #include #include #include #define N 10000000 /*double get_pi(int dt){ double pi=0.0; double delta =1.0/dt; int i; for(i=0; i double x=(double)i/dt; pi+=delta/(1.0+x*x); } return pi*4; }*/ double get_pi_avx(size_t dt){ double pi=0.0; double delta =1.0/dt; __m256d ymm0,ymm1,ymm2,ymm3,ymm4; ymm0=_mm256_set1_pd(1.0); ymm1=_mm256_set1_pd(delta); ymm2=_mm256_set_pd(delta*3,delta*2,delta,0.0); ymm4=_mm256_setzero_pd(); for(long int i=0; i<=dt-4; i+=4){ ymm3= _mm256_set1_pd((double)i*delta); ymm3= _mm256_add_pd(ymm3,ymm2); ymm3= _mm256_mul_pd(ymm3,ymm3); ymm3= _mm256_add_pd(ymm0,ymm3); ymm3= _mm256_div_pd(ymm1,ymm3); ymm4= _mm256_add_pd(ymm4,ymm3); } double tmp[4] __attribute__((aligned(32))); _mm256_store_pd(tmp,ymm4); pi+=tmp[0]+tmp[1]+tmp[2]+tmp[3]; return pi*4.0; } int main() { int dx; double pai; double start,finish; dx=N; start=clock(); pai=get_pi_avx(dx); finish=clock(); printf("%.8lf\n",pai); printf("%.8lfS\n",(double)((finish-start)/CLOCKS_PER_SEC)); return 0; } 时间运行如下： 第一次：time=0.00720200S 第二次：time=0.00659800S 第三次：time=0.00670600S 三次平均为：0.00683S 以下是AVX单精度的代码：时间运行如下： 第一次：time=0.00234200S 第二次：time=0.00234200S 第三次：time=0.00230000S 三次平均为：0.002328S 由以上实验统计得出结论：AVX-float=0.002328 S AVX-double=0.00683 S SSE-float=0.00423 S SSE-double= 0.00783 S 基本符合规律：（以下为速度比较） AVX-float > AVX-double ≈SSE-float > SSE-double > serial 1.2 积分计算圆周率的OpenMP优化 1.2.1 OpenMP并行化 任务：在串行代码的基础上进行OpenMP并行优化 注意：测试在划分度为10的9次方下完成。 参考代码： #include #include #define N 1000000000 double get_pi(int dt){ double pi=0.0; double delta =1.0/dt; int i; #pragma omp parallel for reduction(+:pi) for(i=0; i double x=(double)i/dt; pi+=delta/(1.0+x*x); } return pi*4; } int main() { int dx; double pai; //double start,finish; dx=N; double start=omp_get_wtime(); pai=get_pi(dx); double finish=omp_get_wtime(); printf("%.8lf\n",pai); printf("%lf\n",finish-start); return 0; } 运行结果如下图： 串行结果如下： 提速十分明显。 1.2.2 OpenMP并行化+SIMD向量化 任务：实现OpenMP线程级和SIMD两级并行 自动向量化代码如下： #include #include #define N 1000000000 double get_pi(int dt){ double pi=0.0; double delta =1.0/dt; int i; #pragma omp parallel for simd reduction(+:pi) for(i=0; i double x=(double)i/dt; pi+=delta/(1.0+x*x); } return pi*4; } int main() { int dx; double pai; dx=N; double start=omp_get_wtime(); pai=get_pi(dx); double finish=omp_get_wtime(); printf("%.8lf\n",pai); printf("%lf\n",finish-start); return 0; } 注意：自动向量化语句为#pragma omp parallel for simd for ... 使用编译语句为：gcc -fopenmp -mavx -O3 ... 运行结果如下图： 从结果看出：有很明显的提速。 手动向量化代码如下： #include #include #include #define N 1000000000 double get_pi(int dt){ double pi=0.0; double delta =1.0/dt; double tmp[4] __attribute__((aligned(32))); __m256d ymm0,ymm1,ymm2,ymm3,ymm4; ymm0=_mm256_set1_pd(1.0); ymm1=_mm256_set1_pd(delta); ymm2=_mm256_set_pd(delta*3,delta*2,delta,0.0); ymm4=_mm256_setzero_pd(); int i; #pragma omp parallel shared(ymm0,ymm1,ymm2) private(i,ymm3,tmp) { #pragma omp for reduction(+:pi) for(long int i=0; i<=dt-4; i+=4){ ymm3= _mm256_set1_pd((double)i*delta); ymm3= _mm256_add_pd(ymm3,ymm2); ymm3= _mm256_mul_pd(ymm3,ymm3); ymm3= _mm256_add_pd(ymm0,ymm3); ymm3= _mm256_div_pd(ymm1,ymm3); //ymm4= _mm256_add_pd(ymm4,ymm3); _mm256_store_pd(tmp,ymm3); pi+=tmp[0]+tmp[1]+tmp[2]+tmp[3]; } } //double tmp[4] __attribute__((aligned(32))); //_mm256_store_pd(tmp,ymm4); //pi+=tmp[0]+tmp[1]+tmp[2]+tmp[3]; return pi*4.0; } int main() { int dx; double pai; dx=N; double start=omp_get_wtime(); pai=get_pi(dx); double finish=omp_get_wtime(); printf("%.8lf\n",pai); printf("%lf\n",finish-start); return 0; } 通过对向量化代码的分析，各个向量间的运算是没有任何依赖关系的，可以直接分线程并行运算，但需要注意最后要把各个线程的运算结果累加。而线程的定义openmp的函数reduction是没有办法直接使用（+：）进行累加，需要手动完成。 引入数组tmp用于将ymm3向量分割存放，并累加到pi变量，使用openmp函数reduction(+:pi)对pi变量进行累加（详见代码） 解决的问题： 并行块中如何私有化一个数组：直接将数组名称写入private（）函数中。 曾经尝试将数组各项都放入private()函数中，错误如下： 多次尝试后，正确做法如下： 以tmp[4]数组举例：私有化描述如下： private(tmp); 运行结果如下图： 手动化结果明显优于自动化结果。手动化的修改更符合编写的程序本身。 二、矩阵-矩阵相乘的openmp优化 2.1 编写一个“矩阵-向量”或“矩阵-矩阵”相乘的OpenMP 并行程序，或其他矩阵运算相关程序。 矩阵的验证均在1024*1024规模下完成 矩阵-矩阵相乘的openmp代码和串行代码如下： #include #include #include #define N 1024 #define n 4 int a[N][N]; int b[N][N]; int c[N][N]; int d[N][N]; int main() { int i,j,k; for(i=0;i for(j=0;j a[i][j]=1; b[i][j]=1; c[i][j]=0; d[i][j]=0; } } double start1=clock(); for(i=0;i for(j=0;j for(k=0;k d[i][j]+=a[i][k]*b[k][j]; } } double finish1=clock(); omp_set_num_threads(n); //printf("thread_num:%d\n",omp_get_thread_num()); double start=omp_get_wtime(); #pragma omp parallel shared(a,b,c) private(i,j,k) { #pragma omp for schedule(dynamic) for(i=0;i for(j=0;j for(k=0;k c[i][j]+=a[i][k]*b[k][j]; } } } double finish=omp_get_wtime(); //打印c /*for(i=0;i for(j=0;j printf("%d ",c[i][j]); } printf("\n"); } printf("\n"); //打印d for(i=0;i for(j=0;j printf("%d ",c[i][j]); } printf("\n"); }*/ printf("PARALLEL TIME=%lfs\n",finish-start); printf("UNPARALLEL TIME=%.8lfS\n",(double)(finish1-start1)/CLOCKS_PER_SEC); return 0; } 运行结果如下图： 由结果可以看出OPENMP优化后的速度有明显的提升。提升速度接近一倍。 xxxx大学计算机学院实验报告 一、实验内容与要求 1.1 实验内容 （1）8255方式0实验 从8255端口C输入数据，再从端口A输出 （2）8255方式1输出实验 编程实现每按一次单脉冲按钮产生一个正脉冲，使8255产生一次中断服务：依次输出01H,02H,04H,08H,10H,20H,40H,80H使L0~L7依次发光，中断8次结束。 （3）8255方式1输入实验 编程实现：每按一次单脉冲按钮产生一个正脉冲使8255产生一次中断请求，让CPU进行一次中断服务：读取逻辑电平开关预置的ASCII码，在屏幕上显示其对应的字符，中断8次结束。 1.2 实验要求 （1）8255方式0实验 实验预期效果：拨动逻辑开关，启动程序，开关打开的对应灯可以亮起。改变开关的状态，灯的亮暗也随之改变。 （2）8255方式1输出实验 实验预期效果：按一次单脉冲按钮，L0亮起；以后每按一次，后面的灯依次会亮起。中断8次结束。 （3）8255方式1输入实验 实验预期效果：每按一次单脉冲按钮读取逻辑电平开关预置的ASCII码，在屏幕上显示其对应的字符，中断8次结束。 二、实验原理与硬件连线 2.1 实验原理 CPU通过指令将控制字写入8255A的控制端口设置它的工作方式。8255A有两个控制字：方式选择控制字和端口C置位/复位控制字，这两个控制字均写入同一个控制端口地址（端口选择 先A1A0=11） 8255A有3种工作方式：方式0——基本输入/输出方式；方式1——选通输入/输出方式；方式2——双向传输方式。方向选择控制字用于设置各端口的工作方式。 方式0称为基本输入/输出方式。该方式下，端口A、端口B、端口C的高4位和端口C的低4位均可独立地设为输入或输出数据端口。在方式0时，8255A与CPU时间没有应答联络信号，可用于无条件传送或查询方式数据传送场合。采用查询方式传送时，可以将端口A、端口B 作为数据端口，用端口C存放外部设备状态信息，用于CPU查询。 方式1称为选通输入/输出方式。该方式下，端口A、端口B可作为数据传输口，而端口C 的一些引脚规定作为端口A、端口B的联络控制信号，有固定的搭配规定。在方式1时，CPU和8255A之间有应答联络信号，所以采用中断方式或程序查询方式传送数据。 当端口A作为方式1输入时，端口C的PC3、PC4、PC5作为端口A的联络控制信号。 当端口A作为方式1输出时，端口C的PC7、PC6、PC3作为端口A的联络控制信号。 状态字通过读端口C获得。需要强调，从端口C读出的状态字与端口C的外部引脚的状态无关。 2.2 硬件连线 （1）8255方式0实验1 连接实验电路，8255端口C接逻辑电平开关K0~K7，端口A接LED显示电路 L0~L7 U18 8255 K0 K1 K5 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7图2-2-1 实验一接线 多核编程与并行计算实验报告 姓名： 日期：2014年 4月20日 实验一 // exa1.cpp : Defines the entry point for the console application. // #include"stdafx.h" #include 实验二 // exa2.cpp : Defines the entry point for the console application. // #include"stdafx.h" #include 并行计算 实 验 报 告 学院名称计算机科学与技术学院专业计算机科学与技术 学生姓名 学号 年班级 2016年5 月20 日 一、实验内容 本次试验的主要内容为采用多线程的方法计算pi的值，熟悉linux下pthread 形式的多线程编程，对实验结果进行统计并分析以及加速比曲线分析，从而对并行计算有初步了解。 二、实验原理 本次实验利用中值积分定理计算pi的值 图1 中值定理计算pi 其中公式可以变换如下： 图2 积分计算pi公式的变形 当N足够大时，可以足够逼近pi，多线程的计算方法主要通过将for循环的计算过程分到几个线程中去，每次计算都要更新sum的值，为避免一个线程更新sum 值后，另一个线程仍读到旧的值，所以每个线程计算自己的部分，最后相加。三、程序流程图 程序主体部分流程图如下： 多线程执行函数流程图如下： 四、实验结果及分析 令线程数分别为1、2、5、10、20、30、40、50和100，并且对于每次实验重复十次求平均值。结果如下： 图5 时间随线程的变化 实验加速比曲线的计算公式类似于 结果如下： 图5 加速比曲线 实验结果与预期类似，当线程总数较少时，线程数的增多会对程序计算速度带来明显的提升，当线程总数增大到足够大时，由于物理节点的核心数是有限的，因此会给cpu带来较多的调度，线程的切换和最后结果的汇总带来的时间开销较大，所以线程数较大时，增加线程数不会带来明显的速度提升，甚至可能下降。 五、实验总结 本次试验的主要内容是多线程计算pi的实现，通过这次实验，我对并行计算有了进一步的理解。上学期的操作系统课程中，已经做过相似的题目，因此程序主体部分相似。不同的地方在于，首先本程序按照老师要求应在命令行提供参数，而非将数值写定在程序里，其次是程序不是在自己的电脑上运行，而是通过ssh和批处理脚本等登录到远程服务器提交任务执行。 在运行方面，因为对批处理任务不够熟悉，出现了提交任务无结果的情况，原因在于windows系统要采用换行的方式来表明结束。在实验过程中也遇到了其他问题，大多还是来自于经验的缺乏。 在分析实验结果方面，因为自己是第一次分析多线程程序的加速比，因此比较生疏，参考网上资料和ppt后分析得出结果。 从自己遇到的问题来看，自己对批处理的理解和认识还比较有限，经过本次实验，我对并行计算的理解有了进一步的提高，也意识到了自己存在的一些问题。 六、程序代码及部署 程序源代码见cpp文件 部署说明： 使用gcc编译即可，编译时加上-pthread参数，运行时任务提交到服务器上。 编译命令如下： gcc -pthread PI_3013216011.cpp -o pi pbs脚本(runPI.pbs)如下： #!/bin/bash #PBS -N pi #PBS -l nodes=1:ppn=8 #PBS -q AM016_queue #PBS -j oe cd $PBS_O_WORKDIR for ((i=1;i<=10;i++)) do ./pi num_threads N >> runPI.log 《计算方法》上机实验报告 班级：XXXXXX 小组成员：XXXXXXX XXXXXXX XXXXXXX XXXXXXX 任课教师：XXX 二〇一八年五月二十五日 前言 通过进行多次的上机实验，我们结合课本上的内容以及老师对我们的指导，能够较为熟练地掌握Newton 迭代法、Jacobi 迭代法、Gauss-Seidel 迭代法、Newton 插值法、Lagrange 插值法和Gauss 求积公式等六种算法的原理和使用方法，并参考课本例题进行了MATLAB 程序的编写。 以下为本次上机实验报告，按照实验内容共分为六部分。 实验一： 一、实验名称及题目： Newton 迭代法 例2.7(P38):应用Newton 迭代法求 在 附近的数值解 ，并使其满足 . 二、解题思路： 设'x 是0)(=x f 的根,选取0x 作为'x 初始近似值,过点())(,00x f x 做曲线)(x f y =的切线L ,L 的方程为))((')(000x x x f x f y -+=,求出L 与x 轴交点的横坐标) (') (0001x f x f x x - =,称1x 为'x 的一次近似值,过点))(,(11x f x 做曲线)(x f y =的切线,求该切线与x 轴的横坐标) (') (1112x f x f x x - =称2x 为'x 的二次近似值,重复以上过程,得'x 的近似值序列{}n x ,把 ) (') (1n n n n x f x f x x - =+称为'x 的1+n 次近似值，这种求解方法就是牛顿迭代法。 三、Matlab 程序代码： function newton_iteration(x0,tol) syms z %定义自变量 format long %定义精度 f=z*z*z-z-1; f1=diff(f);%求导 y=subs(f,z,x0); y1=subs(f1,z,x0);%向函数中代值 x1=x0-y/y1; k=1; while abs(x1-x0)>=tol x0=x1; y=subs(f,z,x0); y1=subs(f1,z,x0); x1=x0-y/y1;k=k+1; end x=double(x1) K 四、运行结果： 实验二： 实验三并行I/O口8255扩展 一、实验目的 1、了解8255A芯片的结构以及编程方法 2、掌握通过8255A并行口读取开关数据的方法 二、实验说明 本次实验用通过8255扩展接口，仅通过P0端口控制8只集成式7段数码管的显示控制。8255A的PA、PB 端口分别连接8位数码管的段码和位码，程序控制数码管滚动显示一串数字。 三、实验线路图 四、实验步骤 1、先建立文件夹“ex3”，然后建立“ex3”工程项目，最后建立源程序文件“ex3.c”，输入如下源程序；/******************************************* 实验3：用8255实现接口扩展 ******************************************/ #include #define uint unsigned int //PA,PB,PC端口及命令端口地址定义 #define PA XBYTE[0x0000] //定义8255A地址 #define PB XBYTE[0x0001] //定义8255B地址 #define PC XBYTE[0x0002] //定义8255B地址 #define COM XBYTE[0x0003] //定义8255B控制寄存器地址 //待显示字符队列编码 uchar code DSY_CODE_Queue[ ]= {0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xA4,0xC0,0xC0,0x80,0xC0,0x80,0xF9,0x80, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff}; //共阳极的7段集成式数码管对应编码 // 0:0xc0 // 1:0xcf // 2:0xa4 // 3:0xb0 // 4:0x99 // 5:0x92 // 6:0x82 // 7:0xf8 // 8:0x80 // 9:0x90 // A:0x88 // B:0x83 // C:0xc6 // D:0xa1 // E:0x86 // F:0x8e // DOT:0x7f //数码管选通 uchar DSY_Index[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; //延时 void DelayMS (uint ms) {uchar i; while(ms--) for (i=0;i<120;i++); } /********主程序********/ void main( ) { uchar i,j,k; //8255工作方式选择:PA,PB均输出,工作方式0 COM=0x80; while(1) 8255端口地址： 控制寄存器地址28BH A口的地址288H B口的地址289H C口的地址28AH 实验程序： DATA SEGMENT BUF1 EQU 00100100B ;南北绿灯亮东西红灯亮BUF2 EQU 01000100B ;南北黄灯亮东西红灯亮BUF3 EQU 00000100B ;南北灯灭东西红灯亮BUF4 EQU 10000001B ;南北红灯亮东西绿灯亮BUF5 EQU 10000010B ;南北红灯亮东西黄灯亮BUF6 EQU 10000000B ;南北红灯亮东西灯灭DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE, DS:DATA START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,80H MOV DX,28BH OUT AX,AL ALL: MOV AL,BUF1 MOV DX,28AH OUT DX,AL CALL DELAYL MOV CX,5 YEL1: MOV AL,BUF2 MOV DX,28AH OUT DX,AL CALL DELAYS MOV AL,BUF3 MOV DX,28AH OUT DX,AL CALL DELAYS LOOP YEL1 MOV AL,BUF4 MOV DX,28AH OUT DX,AL CALL DELAYL MOV CX,4 YEL21: MOV AL,BUF5 MOV DX,28AH OUT DX,AL CALL DELAYS MOV AL,BUF6 MOV DX,28AH OUT DX,AL CALL DELAYS LOOP YEL2 JMP ALL MOV AH,4CH INT 21H DELAYL PROC NEAR ;长延时 PUSH CX PUSH DI Y1：MOV CX,2000H X1：MOV DI,2000H DEC DI JNE X1 LOOP Y1 POP DI POP CX RET DELAYL ENDP DELAYS PROC NEAR ;短延时 PUSH CX PUSH DI Y2：MOV CX,500H X2：MOV DI,1000H DEC DI JNE X2 LOOP Y2 POP DI POP CX RET DELAYS ENDP CODE ENDS END START 桂林电子科技大学信息与通信学院 (此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 多核编程与并行计算实验报告 姓名： 日期：2014年 4月20日 实验一 // exa1.cpp : Defines the entry point for the console application. // #include"stdafx.h" #include 实验二 // exa2.cpp : Defines the entry point for the console application. // #include"stdafx.h" #include 实验二 8255A并行接口实验（一） 一实验目的 1、掌握通过8255A并行口传输数据控制ＬＥＤ发光二极管的亮灭；进一 步熟悉软件编程环境。 二实验设备 1、微机系统一套； 2、ＴＰＣ－3型微机接口实验系统一台； 3、导线若干。 三实验内容 1、基础部分：用8255A的A端口控制8个ＬＥＤ发光二极管的亮和灭（端口 输出为1则亮，输出为0则灭）。其中L0―L2为东西方向，L5―L7为南北 方向、L3-L4不用，PA口与相应的发光二极管驱动信号输入端相连，输入端 为1时发光二极管亮。接线如图4-5所示。 图4-5 编制程序，通过8255A控制发光二极管，以模拟交通灯的管理。 2.提高部分：利用开关Ｋ０，Ｋ１的控制，以模拟几种交通灯的管理，具体要求 为： Ｋ０Ｋ１灯控制 ００正常运行 ０１南北路口绿灯亮、东西路口红灯亮 １０东西路口绿灯亮、南北路口红灯亮 3.如果模拟车流量大小来来决定红绿灯交通时间，请问你有什么解决办法。如果 能解决请加以解释并编程调试。 四、编程提示： １．要完成本实验，首先必须了解交通灯的亮灭规律。设有一个十字路口，南北、东西方向初始态为四个路口的红灯全亮。之后，南北路口的绿灯亮，东西 路口的红灯亮，南北路口方向通车。延迟一段时间后，南北路口的绿灯熄灭， 而南北路口的黄灯开始闪烁。闪烁8次后，南北路口的红灯亮，同时东西路口 的绿灯亮，东西路口方向开始通车。延迟一段时间后，东西路口的绿灯熄灭， 而黄灯开始闪烁。闪烁苦干次后，再切换到南北路口方向。之后，重复上述过 程。 ２．程序中应设定好8255A的工作模式，使三个端口均工作于方式0，并处于输出态 ３．8255A的A端口地址为：288H B端口地址为：289H C端口地址为：28AH 控制口地址为：28BH 五、实验要求： 1．做好实验预习和准备工作，并写出预习报告（要求写出实验的流程图及程序），熟练掌握8255A编程原理及编程方法。 2．实验操作的最低要求是要做出实验内容的基础部分，然后根据实际操作能力争取做出实验内容的提高部分及回答实验内容的第三部分问题。 3．写出实验报告，内容为： １）实验目的； ２）实验设备； ３）实验中遇到的问题及解决问题的分析思路与办法，问题定位及问题的性质； ４）对本实验的建议及有何创新。 ;这是自动生成的代码模板 STACKS SEGMENT STACK ;堆栈段 DW 128 DUP(?) ;注意这里只有128个字节 STACKS ENDS DATAS SEGMENT ;数据段 ;请在这里定义您的数据 DATAS ENDS CODES SEGMENT ;代码段 ASSUME CS:CODES,DS:DATAS START: MOV AX,DATAS ;初始化 MOV DS,AX 江苏科技大学 计算机科学与工程学院 实验报告 实验名称：Java多线程编程 学号：姓名：班级： 完成日期：2014年04月22日 1.1 实验目的 (1) 掌握多线程编程的特点； (2) 了解线程的调度和执行过程； (3)掌握资源共享访问的实现方法。 1.2 知识要点 1.2.1线程的概念 (1)线程是程序中的一个执行流,多线程则指多个执行流; (2)线程是比进程更小的执行单位,一个进程包括多个线程; (3)Java语言中线程包括3部分:虚拟CPU、该CPU执行的代码及代码所操作的数据。 (4)Java代码可以为不同线程共享，数据也可以为不同线程共享； 1.2.2 线程的创建 (1) 方式1：实现Runnable接口 Thread类使用一个实现Runnable接口的实例对象作为其构造方法的参数，该对象提供了run方法，启动Thread将执行该run方法； (2)方式2：继承Thread类 重写Thread类的run方法； 1.2.3 线程的调度 (1) 线程的优先级 ●取值范围1～10，在Thread类提供了3个常量，MIN_PRIORITY=1、MAX_ PRIORITY=10、NORM_PRIORITY=5； ●用setPriority()设置线程优先级，用getPriority()获取线程优先级； ●子线程继承父线程的优先级，主线程具有正常优先级。 (2) 线程的调度：采用抢占式调度策略，高优先级的线程优先执行，在Java中，系统按照优先级的级别设置不同的等待队列。 1.2.4 线程的状态与生命周期 说明：新创建的线程处于“新建状态”，必须通过执行start()方法，让其进入到“就绪状态”，处于就绪状态的线程才有机会得到调度执行。线程在运行时也可能因资源等待或主动睡眠而放弃运行,进入“阻塞状态”,线程执行完毕，或主动执行stop方法将进入“终止状态”。 1.2.5 线程的同步--解决资源访问冲突问题 (1) 对象的加锁 所有被共享访问的数据及访问代码必须作为临界区，用synchronized加锁。对象的同步代码的执行过程如图14-2所示。 synchronized关键字的使用方法有两种： ●用在对象前面限制一段代码的执行，表示执行该段代码必须取得对象锁。 ●在方法前面，表示该方法为同步方法,执行该方法必须取得对象锁。 (2) wait()和notify()方法 用于解决多线程中对资源的访问控制问题。 ●wait()方法：释放对象锁，将线程进入等待唤醒队列； ●notify()方法：唤醒等待资源锁的线程，让其进入对象锁的获取等待队列。 (3)避免死锁 指多个线程相互等待对方释放持有的锁，并且在得到对方锁之前不会释放自己的锁。 1.3 上机测试下列程序 样例1：利用多线程编程编写一个龟兔赛跑程序。 乌龟：速度慢，休息时间短； 并行计算上机实验报告题目：多线程计算Pi值 学生姓名 学院名称计算机学院 专业计算机科学与技术时间 一. 实验目的 1、掌握集群任务提交方式； 2、掌握多线程编程。 二.实验内容 1、通过下图中的近似公式，使用多线程编程实现pi的计算； 2、通过控制变量N的数值以及线程的数量，观察程序的执行效率。 三.实现方法 1. 下载配置SSH客户端 2. 用多线程编写pi代码 3. 通过文件传输界面，将文件上传到集群上 4.将命令行目录切换至data，对.c文件进行编译 5.编写PBS脚本，提交作业 6.实验代码如下： #include #include 8255并行口实验实验报告 作者： 一、实验目的 掌握8255A的编程原理。 二、实验设备 CPU挂箱、8086CPU模块。 三、实验内容 8255A的A口作为输入口，与逻辑电平开关相连。8255A的B口作为输出口，与发光二极管相连。编写程序，使得逻辑电平开关的变化在发光二极管上显示出来。 四、实验原理介绍 本实验用到两部分电路：开关量输入输出电路和8255可编程并口电路。 五、实验步骤 1、实验接线 CS0?CS8255； PA0～PA7?平推开关的输出K1～K8； PB0～PB7?发光二极管的输入LED1～LED8。 2、编程并全速或单步运行。 3、全速运行时拨动开关，观察发光二极管的变化。当开关某位置于L 时，对应的发光二极管点亮，置于H时熄灭。 六、实验提示 实验也是如此。实验中，8255A工作于基本8255A是比较常用的一种并行接口芯片，其特点在许多教科书中均有介绍。8255A有三个8位的输入输出端口，通常将A端口作为输入用，B端口作为输出用，C端口作为辅助控制用，本输入输出方式（方式0）。 七、实验结果 程序全速运行后，逻辑电平开关的状态改变应能在LED上显示出来。例如：K2置于L位置，则对应的LED2应该点亮。 八、程序框图（实验程序名：t8255.asm） 开始 设置8255工作方式 读A口 输出至B口 结束 九、程序源代码清单： assume cs:code code segment public org 100h start: mov dx,04a6h ;控制寄存器地址 mov ax,90h ;设 置为A口输入，B口输出 out dx,ax mov al,0feh start1:mov dx,04a2h 芯片的 入口地址 out dx,al mov bl,al mov dx ,04a0h in al,dx test ax,01h jz strat2 mov al ,bl rol al,1 流水灯循环左移 mov bl,al mov cx,3000h 设置cx为灯闪烁时间对应的循环次数 add: loop add jmp start1 无条件跳转至start1 strat2:mov al,bl mov dx,04a2h out dx,al ror al,1 流水灯循环左移 mov bl, al mov cx,3000h add1: loop add jmp start 无条件跳转至start code ends end start 十、实验总结 通过该实验，掌握了8255A的编程原理，学会了用汇编语言来编写程序控制8255A进行流水灯的操作实验。 华中科技大学 课程名称并行处理 实验名称矩阵乘法的实现及加速比分析考生姓名李佩佩 考生学号 M201372734 系、年级计算机软件与理论2013级类别硕士研究生 考试日期 2014年1月3日 一. 实验目的 1) 学会如何使用集群 2) 掌握怎么用并行或分布式的方式编程 3) 掌握如何以并行的角度分析一个特定的问题 二. 实验环境 1) 硬件环境：4核CPU、2GB内存计算机； 2) 软件环境：Windows XP、MPICH2、VS2010、Xmanager Enterprise3； 3) 集群登录方式：通过远程桌面连接211.69.198.2，用户名：pppusr，密码：AE2Q3P0。 三. 实验内容 1. 实验代码 编写四个.c文件，分别为DenseMulMatrixMPI.c、DenseMulMatrixSerial.c、SparseMulMatrixMPI.c和SparseMulMatrixSerial.c，用于比较并行和串行矩阵乘法的加速比，以及稀疏矩阵和稠密矩阵的加速比。这里需要说明一下，一开始的时候我是把串、并行放在一个程序中，那么就只有两个.c文件DenseMulMatrix.c 和SparseMulMatrix.c，把串行计算矩阵乘的部分放到了主进程中，即procsID=0的进程，但是结果发现执行完串行后，再执行并行就特别的慢。另外，对于稀疏矩阵的处理方面可能不太好，在生成稀疏矩阵的过程中非0元素位置的生成做到了随机化，但是在进行稀疏矩阵乘法时没有对矩阵压缩，所以跟稠密矩阵乘法在计算时间上没多大区别。 方阵A和B的初始值是利用rand()和srand()函数随机生成的。根据稀疏矩阵和稠密矩阵的定义，对于稀疏矩阵和稠密矩阵的初始化方法InitMatrix(int *M,int *N,int len)会有所不同。这里需要说明一下，一开始对于矩阵A和B的初始化是两次调用InitMatrix(int *M ,int len)，生成A和B矩阵，但是随后我发现，由于两次调用方法InitMatrix的时间间隔非常短，又由于srand()函数的特点，导致生成的矩阵A和B完全一样；然后，我就在两次调用之间加入了语句“Sleep(1000)；”，加入头文件“#include 实验四 1 OUT DX,AL INC DX OUT DX,AL MOV CX,0800H LOOP $ NOT AL JMP P11 CODE ENDS END H1 8255A并行口实验㈡PA输入、PB输出 一、实验目的 ⑴掌握8255A和微机接口方法。 ⑵掌握8255A的工作方式和编程原理。 二、实验内容 用8255 PA作开关量输入口，PB作输出口。 编程提示 8255A芯片简介 8255A可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V电源供电，能在以下三种方式下工作： 方式0：基本输入/输出方式 方式1：选通输入/输出方式 方式2：双向选通工作方式 使8255A端口A工作在方式0并作为输入口，读取K1—K8八个开关量，送PB 口显示。PB口工作在方式0作为输出口。 实验步骤 ⑴按实验电路图连接线路： ①8255A芯片A口的AP0~PA7依次和开关量输入插孔K1~K8相连。 ②8255A芯片B口的AB0~PB7依次接L1~L8 ⑵运行实验程序。 在系统处“P.”状态时，输入32E0，按EXEC键， 拨动K1~K8、L1~L8会跟着亮灭。 -----------------硬件实验二8255A并行口实验(2) PA输入,PB输出------------- CODE SEGMENT 2 ASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODE ORG 32E0H PA EQU 0FFD8H PB EQU 0FFD9H PC EQU 0FFDAH PCTL EQU 0FFDBH H2: MOV DX,PCTL MOV AL,90H OUT DX,AL P2: MOV DX,PA IN AL,DX INC DX OUT DX,AL JMP P2 CODE ENDS END H2 3 8255并行接口实验 4.5.1 实验目的 1. 学习并掌握8255的工作方式及其应用。 2. 掌握8255典型应用电路的接法。 3. 掌握程序固化及脱机运行程序的方法。 4.5.2 实验设备 PC 机一台，TD-PITE 实验装置或TD-PITC 实验装置一套。 4.5.3 实验内容 1. 基本输入输出实验。编写程序，使8255的A 口为输入，B 口为输出，完成拨动开关到数据灯的数据传输。要求只要开关拨动，数据灯的显示就发生相应改变。 2. 流水灯显示实验。编写程序，使8255的A 口和B 口均为输出，数据灯D7～D0由左向右，每次仅亮一个灯，循环显示，D15～D8与D7～D0正相反，由右向左，每次仅点亮一个灯，循环显示。 4.5.4 实验原理 I/O I/O I/O I/O PA7-PA0 PC7-PC4 PC3-PC0 PB7-PB0 图4.31 8255内部结构及外部引脚图 并行接口是以数据的字节为单位与I/O 设备或被控制对象之间传递信息。CPU 和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位或32位等。8255可编程外围接口芯片是Intel 公司生产的通用并行I/O 接口芯片，它具有A 、B 、C 三个并行接口，用+5V 单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0--基本输入/输出方式、方式1--选通输入/输出方式、方式2--双向选通工作方式。8255的内部结构及引脚如图4.31所示，8255工作方式控制字和C 口按位置位/复位控制字格式如图4.32所示。 位（a ）工作方式控制字 （b ）C 口按位置位/复位控制字 1 图4.32 8255控制字格式 8255实验单元电路图如图4.33所示： 图4.33 8255实验单元电路图 4.5.5 实验步骤 1. 基本输入输出实验 本实验使8255端口A 工作在方式0并作为输入口，端口B 工作在方式0并作为输出口。用一组开关信号接入端口A ，端口B 输出线接至一组数据灯上，然后通过对8255芯片编程来实现输入输出功能。具体实验步骤如下述： （1）实验接线图如图4.34所示，按图连接实验线路图。 （2）编写实验程序，经编译、连接无误后装入系统。 （3）运行程序，改变拨动开关，同时观察LED 显示，验证程序功能。 （4）点击“调试”下拉菜单中的“固化程序”项，将程序固化到系统存储器中。 （5）将短路跳线JDBG 的短路块短接到RUN 端，然后按复位按键，观察程序是否正常运行；关闭实验箱电源，稍等后再次打开电源，看固化的程序是否运行，验证程序功能。 （6）实验完毕后，请将短路跳线JDBG 的短路块短接到DBG 端。 深圳大学 实验报告 课程名称：并行计算 实验名称：矩阵乘法的OpenMP实现及性能分析姓名： 学号： 班级： 实验日期：2011年10月21日、11月4日 一. 实验目的 1) 用OpenMP 实现最基本的数值算法“矩阵乘法” 2) 掌握for 编译制导语句 3) 对并行程序进行简单的性能 二. 实验环境 1) 硬件环境：32核CPU 、32G 存计算机； 2) 软件环境：Linux 、Win2003、GCC 、MPICH 、VS2008； 4) Windows 登录方式：通过远程桌面连接192.168.150.197，用户名和初始密码都是自己的学号。 三. 实验容 1. 用OpenMP 编写两个n 阶的方阵a 和b 的相乘程序，结果存放在方阵c 中，其中乘法用for 编译制导语句实现并行化操作，并调节for 编译制导中schedule 的参数，使得执行时间最短，写出代码。 方阵a 和b 的初始值如下： ????????? ? ??????????-++++=12,...,2,1,..2,...,5,4,31,...,4,3,2,...,3,2,1n n n n n n n a ???????? ? ???????????= 1,...,1,1,1..1,...,1,1,11,...,1,1,11,..., 1,1,1b 输入： 方阵的阶n 、并行域的线程数 输出： c 中所有元素之和、程序的执行时间 提示： a,b,c 的元素定义为int 型，c 中所有元素之各定义为long long 型。 Windows 计时: 用 实验六---8255并行输入输出 东南大学 《微机实验及课程设计》 实验报告 实验六 8255并行输入输出 姓名：学号： 专业:测控技术与仪器实验室： 516 同组人员：评定成绩： 一、实验目的 1）掌握8255方式0的工作原理及使用方法，利用直接输入输出进行控制显示； 2）掌握8段数码管的动态刷新显示控制； 二、(1)实验内容（必做） 6-1、8段数码管静态显示：编程从键盘输入一位十进制数字（0~9），在数码管上显示出来。 6-2、8段数码管动态显示：在两个数码管上同时显示不同的两位数字或字母，保持不变直至退出。（如56或7f） (2)实验内容(必做一题，选做一题) 6-3 静态显示：用逻辑电平开关预置某个数字（0～9）的ASCII码，将该数据用8255的C口读入，并用A口输出，并在数码管显示出来；如果预置的ASCII 码不是数字（0~9），数码管显示E字母。 6-4 动态显示：在两个数码管上滚动循环显示不同的0～f字符。（即开始时两个数码管显示01，12，23，34 ··f0，一直循环直至退出） 三、实验原理 （1）实验预备知识 图 八段式LED 数码管的符号和引脚 （2） 6-1流程图： N Y 将对应段码输 结 6-1源代码： data segment ioport equ 0ec00h-0280h io8255a equ ioport+288h ;8255A口地址 io8255b equ ioport+28bh ;8255控制寄存器端口地址 led db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh ;段码mesg1 db 0dh,0ah,'Input a num (0--9h):',0dh,0ah,'$';提示data ends code segment assume cs:code,ds:data start: mov ax,data mov ds,ax mov dx,io8255b ;使8255的A口为输出方式 mov ax,80h 上海电力学院实验报告计算机硬件实验课程 题目：8255Ａ并行口实验（二）内容 班级： 姓名： 学号： 一、实验目的 掌握通过8255A并行口传输数据的方法，以控制发光二极管的亮与灭。 二、实验内容 １、实验原理 实验原理图如图所示，PB4 ~ PB7和PC0 ~ PC7分别与发光二极管电路L1~ L12 相连，本实验为模拟交通灯实验。交通灯的亮灭规律如下： 设有一个十字路口，1、3为南北方向，2、4为东西方向，初始为四个路口的红灯全亮，之后，1、3路口的绿灯亮，2、4路口的红灯亮，1、3路口方向通车； 延时一段时间后，1、3路口的绿灯熄灭，而1、3路口的黄灯开始闪烁，闪烁若干次以后，1 、3 路口红灯亮，而同时2、4路口的绿灯亮，2、4路口方向通车；延时一段时间后，2、4 路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁，闪烁若干次以后，再切换到1、3路口方向，之后重复 上述过程。 8255A的PB4~ PB7对应黄灯，PC0 ~ PC3对应红灯，PC4~ PC7对应绿灯。8255A工作于模式0，并置为输出。由于各发光二极管为共阳极，使其点亮 应使8255A相应端口清0。 2、实验线路连接 (1) CS－8255插孔连译码输出Y7插孔。 (2) L1 - PC4 L4 - PC5 L7 - PC6 L10 - PC7 L2 - PB4 L5 - PB5 L8 - PB6 L11 - PB7 L3 - PC0 L6 - PC1 L9 - PC2 L12 - PC3 三、实验框图 四、实验程序 CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE IOCONPT EQU 0FF2BH IOAPT EQU 0FF28H IOBPT EQU 0FF29H IOCPT EQU 0FF2AH ORG 10e0H START:MOV DX,IOCONPT MOV AL,80H 并行分布式试卷1 姓名____________________ 学号____________________ 分数_____________ 1．填空（每空1分，共30分） 1．在并行机系统中，常用的静态互联网络有__ ___________，__ _____________，_ _____________________，______________________，___________________等。2．在并行机系统中，常用的动态互联网络有___________________________________， _____________________________________和______________________________。3．近代并行计算机体系结构模型包括_______ _________，___________________，_ ______________________，____________ ______，_____________________等。4．常用的并行存储访问模型（又叫并行存储结构）包括_______________________， ________________________________，_____________________________等。 5．常用的并行程序设计模型有____________ _______，__ _ _______________，___ _________________________等。 6．大型稀疏线性方程常用迭代解法有____________________，_ _________________， _________________________，__________________________等。 7．常用的并行计算（或算法）模型有___________________，___ ________________ _，________________________，______________________等。 8．我国自行研制的并行计算机三大系列是___________________________，________ _____________________，_____________________________。 2．简要回答（每题5分，共20分） 1．试述并行算法基本的设计技术。 2．何谓X-Y 选路算法何E-cube 选路算法（可以例明之）?3．何谓Amdahle 和Gustfson 加速定律及其推导过程？ 4．何谓等效率、等速度和平均延迟可扩放性度量标准？并推导他们之间的等效性。 三．综合题（每题10分，共50分） 1．假定44?A 和44?B 都已加载到44?处理器阵列上，试图示Cannon 矩阵乘法的具体 过程。 2．已知??????=4331A ，?? ? ???--=8765B ，试用DNS 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