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计算机并行处理1 什么是计算机并行处理计算机并行处理（Parallel Computing）是指在多个处理器之间分配任务，同时处理这些任务，实现计算任务的高效处理。
并行处理可以提高计算机系统的处理性能，快速处理大量数据和复杂的运算。
2 并行处理的优点并行处理的优点在于可以极大地提高计算机运算速度和处理能力。
由于多个处理器同时处理任务，可以大幅度降低计算时间，缩短任务执行的时间。
并行处理还可以提高计算机系统的可靠性和可用性。
如果系统中有一个处理器出现问题，其它处理器可以代替它完成任务，保证计算任务的顺利完成。
3 并行处理的应用领域并行处理在科学计算、图像处理、人工智能、分布式计算、虚拟化等领域中得到了广泛的应用。
在科学计算领域，应用并行处理可以加快计算速度，缩短计算时间，提高科学研究效率。
在人工智能领域，应用并行处理可以提高神经网络训练的速度，加快深度学习算法的执行，提高人工智能的效率和准确性。
在分布式计算领域，应用并行处理可以将任务分配到多个计算机，实现分布式计算，缩短计算时间。
在虚拟化领域，应用并行处理可以提高虚拟机的并发性能，提升虚拟机的运行效率和响应速度。
4 并行处理的实现方式并行处理的实现方式有多种，包括共享内存并行处理、分布式内存并行处理、GPU并行处理等。
共享内存并行处理是指多个处理器之间共享同一块内存，同时访问内存中的数据，实现任务之间的通讯和同步。
分布式内存并行处理是指将任务分配到多个计算机上，在网络通信的支持下，实现分布式计算，提高运算速度和计算能力。
GPU并行处理是指使用图形处理器（GPU）进行并行处理，由于GPU具有高效的并行计算能力，可以加速并行计算任务的处理速度。
5 并行处理的挑战尽管并行处理在提高计算能力方面具有巨大的优势，但其实现也存在一系列的挑战。
其中最主要的挑战包括负载均衡问题、数据通讯问题、同步与互斥问题、死锁问题等。
负载均衡问题是指如何将任务分配到多个处理器上，保证各个处理器的负载均衡，避免某些处理器过载或空闲。
《计算机系统结构》期末考试复习题一、选择题：1、我们称由（B ）实现的机器为虚拟机器。
A、硬件B、软件C、微程序D、固件2、计算机系统结构设计者所关心的是（C ）所看到的的计算机结构。
A、硬件设计人员B、逻辑设计人员C、机器语言或汇编语言程序员D、高级语言程序员3、计算机组成是计算机系统结构的（B ）。
A、硬件实现B、逻辑实现C、软件实现D、以上三种4、在计算机系统设计时，为了提高系统性能，应当注意（A ）。
A、加快经常性使用指令的执行速度B、要特别精心设计少量功能强大的指令B、要减少在数量上占很小比例的指令的条数D、要加快少量指令的速度5、SIMD计算机可以处理（D ）。
A、多指令流、单数据流B、单指令流单数据流C、多指令流多数据流D、单指令流多数据流6、在提高CPU性能的问题上，从系统结构角度，可以（C ）。
A、提高时钟频率B、减少程序指令条数C、减少每条指令的时钟周期数D、减少程序指令条数和减少每条指令的时钟周期数7、冯.诺依曼计算机是（B ）。
A、以存储器为中心B、以CPU为中心C、以处理输入/输出危重点D、以存储器与计算器为中心8、解决软件移植最好的办法就是（C ）。
A、采用模拟方法B、采用仿真的方法C、采用统一高级语言D、采用统一标准设计计算机结构9、对计算机系统结构，下列透明的是（A ）。
A、数据总线宽度B、浮点数表示C、CPU寄存器个数D、存储器的编址方法10、以下对系统程序员不透明的是（B ）。
A、系列机各档不同的数据通路宽度B、虚拟存储器C、指令缓冲寄存器D、存储器读写缓冲寄存器11、在浮点数表示中，尾数的位数多少主要影响（ B ）。
A、表数范围B、表数精度C、表数效率D、运算实现容易程度12、当浮点数的尾数基值为（A ）时，其表数效率最高（假如不考虑隐藏位）。
A、16B、8C、4D、213、当浮点数的尾数基值为（ D ）时，其表数精度最高，表数范围最大。
A、2B、8C、16D、2或414、当浮点数的尾数用原码表示，基值为2，阶码用移码表示，基值为2时，若尾数部分占23位（不含符号位），阶码占8位（含符号位），则表示的最大负数和最大正数分别为（ C ）。
计算机基础知识理解计算机中的并行计算和多核处理器在计算机科学领域中，计算机的性能提升一直是一个重要的研究方向。
而并行计算和多核处理器技术的引入为计算机性能的提升带来了重要的突破。
一、并行计算的概念和原理并行计算是指在同一时间内，多个任务可以同时进行，从而提高计算效率。
这是通过将一个问题拆分为多个子问题，并使用多个处理单元同时处理，最后再将各个子问题的结果进行合并得到最终解决方案。
并行计算的原理包括任务并行和数据并行。
任务并行是指将一个任务划分为多个子任务，然后由不同的处理单元分别处理，最后通过数据通信和同步机制进行结果的合并。
数据并行是指将同一个任务的数据划分为多个部分，然后由多个处理单元并行处理各自的数据，最后将结果进行合并。
二、多核处理器的介绍和原理多核处理器是指在一个芯片上集成了多个处理核心的处理器。
与传统的单核处理器相比，多核处理器能够并行地执行多个任务，从而提高系统的整体性能。
多核处理器的原理是将计算密集型的任务分配给不同的处理核心进行处理，而将串行和通信密集型的任务交给专门的处理核心进行处理。
多核处理器有两种形式：对称多处理器（SMP）和异构多处理器（AMP）。
在SMP架构中，每个处理核心都是相同的，并且共享同一片内存和总线。
而在AMP架构中，每个处理核心可以具有不同的性能和特点，它们可以独立地运行不同的任务。
三、并行计算和多核处理器的应用并行计算和多核处理器技术在各个领域都有着重要的应用。
在科学计算领域，它们被广泛应用于模拟和仿真、大规模数据处理和分析等任务。
在人工智能领域，它们被用于深度学习和机器学习算法的训练和推理。
在图像和视频处理领域，它们被应用于图像处理、视频编解码等任务。
并行计算和多核处理器技术还在云计算和大数据领域有着重要的应用。
通过将大规模的计算任务分配给多个处理核心并行处理，可以加快任务的执行速度，提高系统的负载均衡和资源利用率。
同时，多核处理器技术还能够提供更好的响应时间和性能预测能力，使得云计算和大数据系统能够更加高效地运行。
并行处理机名词解释
并行处理机（Parallel Processing Machine，PPM）是一种具有多个处理器的计算机系统，可以同时运行多个程序或处理大量的数据。
并行处理机最初被设计用于处理大量的科学计算，但现在已经广泛应用于各种领域，包括数据库管理、图像处理、机器学习等。
并行处理机可以分为对称多处理机（SMP）和非对称多处理机（NUMA）两种类型。
SMP系统中，所有的处理器都可以访问共享内存，因此所有的处理器都可以同时访问同一块内存。
在NUMA系统中，每个处理器都有自己的本地内存，但仍然可以访问全局内存。
在并行处理机中，任务通常被分成许多子任务，然后分配给不同的处理器处理，这样可以加快计算速度。
并行处理机中的任务分配和调度通常由操作系统或者硬件调度器完成，以确保处理器之间的负载均衡，同时最大限度地利用系统的资源。
并行处理机的性能通常可以通过增加处理器的数量来提高。
然而，这也需要更复杂的编程技术和算法，以确保任务之间的正确同步和协调。
此外，为了获得最佳性能，必须选择合适的硬件、操作系统和算法，并优化任务分配和数据访问模式。
总之，并行处理机是一种强大的计算机系统，可以通过多处理器和并行计算来提高计算速度和性能，适用于需要处理大量数据和复杂计算的应用程序。
计算机系统结构-阶段测评11.单选题1.1 5.0程序员编写程序时使用的地址是( ) （2012.4真题）您答对了• a主存物理地址• b有效地址• c逻辑地址• d基址根据教材P70的原文，程序员编写程序时使用的地址是逻辑地址，所以答案应改为C。
1.2 5.0指令系统中取指令和指令操作码译码的操作安排属于( )您答对了• a计算机实现• b计算机组成• c计算机系统结构计算机应用该题考查考生对计算机系统结构、计算机组成和计算机实现的理解。
根据计算机组成的属性，指令系统中取指令和指令操作码译码的操作安排属于计算机组成。
所以B选项正确。
1.3 5.0从计算机系统中执行程序的角度来看，并行性等级不包括( )您答对了• a指令内部、指令之间• b任务或进程之间• c作业或程序之间• d存储器操作并行该题考查考生对于并行级别的理解，从计算机系统中执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可以分为四级。
它们分别是：指令内部、指令之间、任务或进程之间、作业或程序之间；存储器操作并行属于计算机加工步骤方面的并行级别，不属于执行程序方面的。
故答案选D。
所以D选项正确。
1.4 5.0如果某浮点数尾数在右移处理时，得到的值为0.001011(11)，其中括号内的两位为超出尾数的字长而移出的部分。
若采用截断法进行处理，则处理后的结果为( )。
您答对了• a0.001100• b0.0010100.001011• d0.001101该题考查考生浮点数尾数的下溢处理方法的理解，截断法是将尾数超出计算机字长的部分截去，所以0.001011(11)采用截断法的结果应为0.001011，所以答案应该为C。
1.5 5.0当浮点数尾数的基rm=4，尾数长度m=6时，可表示的规格化最小正尾数的值是( )您答对了• a0.125• b0.25• c1/16• d0.5该题考查考生对于浮点数基数选择方面的知识，根据教材P63面表2-1。
可表示的规格化最大尾数为1×rm-1,所以最大尾数为4-1= 0.25，故B选项正确。
并行处理机和多处理机系统的概念、并行处理机与多处理机系统的区别、多处理机运行过程。
多处理机性能模型
SIMD 计算机的概念
SIMD 计算机处理任务的性能计算。
并行处理机与多处理机系统的区别：
§并行处理机的并行性在于指令内部，而多处理机的并行性在于指令外部。
§并行处理机把同种操作集中在一起，由指令直接启动各个PE同时工作。
多处理机用专门的指令来表示并发关系，一个任务开始执行时能够派生出与它同时执行的另一些任务，如果任务数多于处理机数，多余的任务进入排队器等待。
§并行处理机只有一个CU，自然同步。
多处理机执行时间可能互不相同它们的工作进度不会也不必保持相同。
多处理机性能模型：
当多处理机系统以峰值速度运行时，所有处理机都在做着有用的工作，没有一台处理机处于空闲状态。
N台处理机对系统性能都有贡献，系统的处理速度随N的增加而增加。
但以下原因引起系统不能达到峰值性能：
……
( 请复习教材347 页)
典型例子：试在含一个PE 的SISD 机和在含8 个PE 的且连接成一个线性环的SIMD
机上计算
假定完成每个加法用30ns ，乘法50ns ，沿双向环在相邻PE 间移数需要10ns 。
（ 1 ）SISD 计算机上计算S 需要多少时间？
（ 2 ）SIMD 计算机上计算S 需要多少时间？
（ 3 ）SIMD 上计算S 相对于SISD 计算机的加速比是多少？
解：(1) 在SISD 机上，无需移数，所有运算是串行的，需要8 次加法，7 次乘法，因此：T0=8x30+7x50=590ns
(2) 在SIMD 机上，首先将8 个加法分配到8 个处理机上，然后在4 个处理机上执行4 次乘法，需移数1 次（ 4 个处理机同时），然后再执行 2 次乘法，需移数2 次（同时），最后再执行一次乘法（移数 4 次），因此所需
T8=1x30+3x50+(1+2+4)x10=250ns
(3) 加速比S=T0/T8=590/250=2.36
在SIMD 上计算过程说明如下：
1 ：在8 个PE 上执行加法，结果在8 个PE 中
2 ：在PE2 、PE4 、PE6 、PE8 上执行乘，需要将PE1 、PE
3 、PE5 、PE7 的运算结果分别移到PE2 、PE
4 、PE6 、PE8
3 ：在PE
4 、PE8 上执行乘法，需要将PE2 、PE6 的运算结果分别移到PE4 、PE8
4 ：在PE8 上执行一次乘法，需要将PE4 的运算结果移到PE8 。
最后运算结果在PE8 上。
