并行处理系统,利用多个功能部件或多个处理机同时并行工作以提高系统性能或可靠性的计算机系统。
解释
计算机的并行处理有流水线、超流水线、超标量、多功能单元、阵列处理和多机处理等技术。流水线、超流水线、超标量和多功能单元技术已在各种计算机中得到广泛应用。因而,并行处理系统主要指多处理机和多功能部件系统。
20世纪60年代,指令之间并行的流水线和多功能单元技术发展很快,并得到广泛应用。
70年代中期,以流水线为基础的可对有序的数据集进行并行处理的向量机和多台向量机构成的并行系统成为主流。这种机型属单指令流多数据流(SIMD)计算机。
90年代以后,程序、任务或过程间并行的多机系统迅速发展,成为并行处理系统的主流。这种机型属多指令流多数据流(MIMD)计算机。多指令流多数据流计算机主要有3种类型:
①共享存储多处理机系统(SMP)。系统中所有处理机通过互联网共享一个存储器,并有统一的存储器地址空间,各个处理机通过共享变量通信。为提高系统可扩展性,亦可将共享存储器分布在各个处理机中,称为可扩展共享存储型多处理机系统(SSMP)。
②消息传递多处理机系统。系统中每个处理机都有自己的局部存储器,由互联网将各处理机连接成整机系统。系统中的每个处理机都运行自己的操作系统,通过消息传递方式进行通信。其中,采用互联网络将多台工作站或微机连接起来的并行处理系统又称为机群系统(cluster)。
③混合型多处理机系统。先由若干处理机共享一个局部存储器,构成一个结点,再由多个这样的结点通过互联网构成一个计算机系统,结点间采用消息传递方式进行通信。此外,采用很多向量机构成的并行处理系统称为多向量机处理系统。单指令流多数据流计算机主要有向量机和阵列处理机两种机型。
阵列处理机是由一个控制器解释指令,控制多个功能相同的处理部件对各自数据进行同样操作的并行处理系统。开发多机并行处理系统的关键技术是各处理机之间实现通信和同步。常用总线、交叉开关、格栅网、超立方体、胖树和多级互联网等互联网络实现机间通信,较大规模的多机系统往往采用硬件支持处理机的同步。并行操作系统一般分布驻于各处理机,负责调度各处理机满负荷、协调一致地工作。并行语言一般由串行语言发展或扩充而成,并行语言编译器要充分发挥不同结构并行处理系统的特点,获得高效率。此外,并行编程环境、并行调试环境、并行算法也十分重要。规模不大的并行处理多机系统,由于性价比高,将会更加普及。大规模并行处理系统在提高性能的同时将向低功耗、低占地面积和低价格的目标发展,开发含有多处理机以及多线程的芯片将是实现这种系统的好途径。大规模并行的向量机系统结点处理速度快、访存带宽高,可获得更高的系统性能,已展现出良好的发展前景。量子计算、量子器件、超导开关、光开关是未来有发展前景的技术,特别是量子器件构成的量子计算机将提供更大规模的并行计算环境,成为并行计算系统十分重要的发展方向。