第6章 阵列处理机.ppt

•本章重点:总的要求是理解阵列处理机的结构和工作原理。了解与流水处理机的差别。理解在阵列处理机解题时对并行算法及存储单元分配规则、互连网络等的特殊要求。熟练掌握基本的单级网络及其互连函数表示。理解循环互连网络的实现。熟练掌握多级网络、全排列网络的画法。理解解决并行存储器无冲突访问的办法。互连函数和多级互连网络。•本章难点:并行算法和多级互连网络。(ArrayProcessor),也称为并行处理机(ParallelProcessor)主要用于对大量向量、数组要求高速运算的场合。阵列处理机是重复设置处理单元按一定方式连成阵列在单一控制部件控制下对各自分配的数据执行同一指令规定的操作,是操作级并行的SIMD的计算机。由于存储器的组成方式不同,阵列处理机有两种不同的基本构形。1、分布式存储器的阵列处理机构形各处理单元有局部存储器PEM(ProcessingElementMemory)存放被分布的数据,只能被本处理单元直接访问。在控制部件CU上有一主存可传播给各个处理单元,交换数据。在执行主存中的用户程序时,所有指令都在控制部件中进行译码,把只适合串行处理的标量或控制类指令留给控制部件CU自己执行,而把适合于并行处理的向量类指令“播送”给各个PE,控制处于“活跃”的那些PE并行执行。下图是采用分布式存储器的阵列处理机构形。互连网络……PE0CUCUMPEM1PE1PEMN-1PEN-1I/O接口……SCD控制数据总线控制总线控制具有分布式存储器的阵列处理机构形·····为了有效高速地处理向量数据,这种构形要求能把数据合理地预分配到各个处理单元的局部存储器中,使各处理单元PEi主要用自己的局存PEMi中的数据运算。采用这种构形的阵列处理机是SIMD的主流。典型机器有ILLIACⅣ、MPP、DAP、CM-2、MP-1、DAP600系列等。2、集中式共享存储器的阵列处理机构形系统存储器由K个存储体集中组成,为全部N个处理单元所共享。为使各处理单元对长度为N的向量中各个元素都能同时并行处理,存储体体数K应等于或多于处理单元数N。互连网络……CUPE1PEN-1I/O-CHMM0……MM1MMk-1SCI/OSM具有集中式共享存储器的阵列处理机构形···各处理单元在访主存时,为避免发生分体冲突,也要求有合适的算法能将数据合理地分配到各个存储体中。是用于在处理单元与存储器分体之间进行转接构成数据通路,使各处理单元能高速灵活地动态与不同的存储体相连,使尽可能多的PE能无冲突地访问共享的主存模块。集中式共享存储器的阵列处理机主要特点是将资源重复和时间重复结合起来开发并行性。采用这种构形的典型机器有BSP。、利用资源重复而不是时间重叠;利用并行性中的同时性而不是并发性。2、资源利用率不如流水线高,但提高速度的潜力比流水线处理机大。(阵列处理机主要是靠增大处理单元数提高速度,向量流水处理机主要靠缩短时钟周期提高速度)。3、阵列处理机使用简单规整的互连网络来确定处理单元间的连接,因此,互连网络设计很重要。4、它是以某类算法为背景的专用计算机,基本上是专用于向量处理的计算机(某类算法专用机),故阵列处理机专用性强。5、阵列机的研究必须与并行算法研究密切结合,以使它的求解算法适应性更强一些,应用面更广一些(与并行算法结合研究)。阵列处理机实质上是由专门对付数组运算的处理单元阵列组成的处理机、专门从事处理单元阵列的控制及标量处理的处理机和专门从事系统输入输出及操作系统管理的处理机组成的一个异构型多处理机系统。