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《多处理机》课件

目录CONTENTS多处理机概述多处理机的体系结构多处理机的并行计算多处理机的通信与同步多处理机的性能评估多处理机的应用实例

01多处理机概述

0102多处理机的定义多处理机的主要特点是能够同时处理多个任务，提高计算效率和系统性能。多处理机是一种并行计算系统，由多个处理器组成，通过共享内存和通信机制实现处理器之间的协作和信息交换。

根据结构特点，多处理机可分为对称多处理机和非对称多处理机。对称多处理机中，各个处理器之间地位平等，共享相同的硬件资源；而非对称多处理机中，各个处理器具有不同的功能和任务分工。根据连接方式，多处理机可分为紧密耦合多处理机和松散耦合多处理机。紧密耦合多处理机中，处理器之间通过高速总线或交叉开关连接，实现快速通信；而松散耦合多处理机中，处理器之间通过普通总线或网络连接，通信速度相对较慢。多处理机的分类

进入21世纪后，随着云计算和大数据技术的兴起，多处理机在分布式计算和并行计算领域的应用越来越广泛，成为高性能计算和大规模数据处理的重要手段。20世纪70年代初，多处理机概念开始出现，主要用于解决大规模科学计算和工程模拟等领域的问题。20世纪80年代末至90年代初，随着计算机技术的飞速发展，多处理机开始广泛应用于各种领域，如数据库、图像处理、人工智能等。多处理机的发展历程

02多处理机的体系结构

总结词通过高速总线或交叉开关将多个处理机直接连接在一起，实现高速通信。详细描述紧耦合多处理机通过高速总线或交叉开关等高速通信机制将多个处理机直接连接在一起，使得各处理机之间可以快速通信和协同工作。这种体系结构适用于大规模并行计算和密集计算等场景。紧耦合多处理机

各处理机之间通过标准接口和通信协议进行连接，实现较为灵活的通信和协同。总结词松耦合多处理机体系结构中，各处理机独立工作，通过标准接口和通信协议进行连接和通信。这种体系结构适用于分布式计算和网络计算等场景，具有较好的可扩展性和灵活性。详细描述松耦合多处理机

总结词多个处理机共享同一块物理内存，通过内存进行通信。详细描述在共享内存多处理机体系结构中，多个处理机共享同一块物理内存，通过内存进行数据交换和协同工作。这种体系结构具有较好的通信效率和同步能力，适用于高性能计算和大规模并行计算等场景。共享内存多处理机

各处理机拥有独立的内存空间，通过消息传递进行通信。总结词无共享内存多处理机体系结构中，每个处理机都有独立的内存空间，通过消息传递机制进行数据交换和协同工作。这种体系结构具有较好的可扩展性和灵活性，适用于分布式系统和云计算等场景。详细描述无共享内存多处理机

03多处理机的并行计算

指在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上计算。并行计算并行性并行计算模型指在同一时刻或同一时间间隔内同时进行操作的特性。并行计算模型是描述并行计算行为的抽象模型，包括数据并行、任务并行、流水线并行等。030201并行计算的概念

数据并行模型是将数据划分为多个子集，并在多个处理机上同时处理这些子集。数据并行模型任务并行模型是将任务划分为多个子任务，并在多个处理机上同时执行这些子任务。任务并行模型流水线并行模型是将任务划分为多个阶段，并在多个处理机上依次执行这些阶段。流水线并行模型并行计算模型

并行算法设计并行算法设计的基本原则包括正确性、可扩展性、可移植性、可维护性和高效性等。并行算法设计的方法包括分治法、动态规划法、贪心法、回溯法等。并行算法设计的工具包括并行编程语言、并行计算框架和并行算法库等。

04多处理机的通信与同步

通过发送和接收消息来实现处理机间的通信。这种方式允许灵活的通信模式，但可能存在通信延迟。消息传递通信多个处理机通过访问共享内存区域来实现通信。这种方式通信速度快，但需要复杂的同步机制。共享内存通信通信方式

条件变量允许处理机在满足特定条件时执行特定操作，常用于实现生产者-消费者问题。互斥量用于确保某一时刻只有一个处理机访问共享资源，防止冲突。屏障确保一组处理机按特定顺序执行，常用于并行计算中的同步。同步机制

死锁与饥饿问题死锁当多个处理机互相等待对方释放资源时，就会发生死锁。为避免死锁，需要遵循一定的协议，如避免循环等待、请求和保持等。饥饿当某些处理机总是得不到所需的资源时，就会发生饥饿。为避免饥饿，需要设计合理的调度算法，确保所有处理机都有机会获得资源。

05多处理机的性能评估

表示多处理机在单位时间内完成的任务数量。吞吐量表示从任务提交到完成所需的时间。响应时间表示多处理机上各种资源的占用情况，如CPU、内存、磁盘等。资源利用率表示多处理机上各个处理器单元负载是否均衡。负载均衡性能指标

03HPC高性能计算，使用一些科学计算领域的基准测试程序，如LINPACK、NAS等。01SPEC标准性能评估公司，提供了一系列基准测试程序，用于