淺談計算機并行計算的發(fā)展與展望

1、淺談計算機并行計算的發(fā)展與展望摘要當世界上第一臺電子數字式計算機ENIAC于1946年在美國賓夕法尼亞大學誕生時，人類的一個新的信息紀元便來臨了，但人類真正地踏進信息大爆炸時代卻得從1971年美國硅谷誕生的第一臺微處理機說起，此時發(fā)展出的計算機并行技術大大提高了計算機處理數據的效率，至此微型計算機在社會上擴散的速度如同宇宙中小行星爆炸一般，幾乎所有領域都能見到計算機的身影，從此計算機應用領域便從科學計算逐步走向了家庭。今天，我們就來談談計算機并行技術的發(fā)展歷程與未來展望。關鍵詞計算機；并行計算；發(fā)展歷程對于計算機而言，它的大腦CPU（處理機）的運行速度，它的外部設備的運行速度，數據傳輸的寬度，

2、等等等等都制約著計算機的工作速度，好比人腦與外部設備，外部設備與CPUTB是信息處理的載體。但其處理時間的量級卻相差很大，數以倍計，從三種活動時間量級上的不匹配，人們察覺到早期的計算機就像個不上進的優(yōu)秀木匠，他們干起活來毫不含糊手腳靈敏，但不主動，一個工程干完了就休息，不會主動找下一個，必須等待反應遲鈍的中介機構的命令才會繼續(xù)下一個工程。這便孕育了最初的并行思想。并行處理，并行性與并行處理技術我們可以了解到，所謂并行處理，是指在數據計算處理、信息加工或是人工智能求解過程中同時進行某些運算或操作以求得大幅度提升計算機系統求解問題的效率；所謂并行性，包括指多個事件在同一時刻發(fā)生（同時性）和多個事件

3、在同一時間段內間隔發(fā)生（并發(fā)性）兩個概念；而所謂并行處理技術，現階段主要有時間并行、空間并行、時間+空間并行三大技術1。并行處理系統的結構隨著并行這一概念的提出，相對應的系統結構也隨之誕生了，現階段到不遠的將來，并行處理系統的結構主要有流水線方式、多功能部件、多處理機方式、陣列方式、數據流方式和網絡分布式。在這里最具典型性的便是在時間上并行的流水線方式和空間上并行的多處理機方式。流水線技術談到流水線技術，最先是受到工業(yè)流水線制造思想的啟發(fā)。在工業(yè)制造中采用流水線可以提高單位時間的生產量；于是人們便思考，將這一技術運用到CPU上是否也能大幅度提高計算機運行效率呢？果不其然，流水線技術的誕生取得了

4、巨大的成功，在CPU中采用流水線設計大幅度提高了CPU的頻率，把許多指令重復的過程分解為多個小功能段，再交付給各段專用的功能塊去重疊執(zhí)行（時間重疊）。一條計算機指令按照固有順序途經所有功能段，這條指令便執(zhí)行完畢并獲得結果。當本條指令在本段處理完畢而流入下段時，后序指令便可流入本段，無須等待前條指令整個地執(zhí)行完畢。好似香檳酒杯塔，只要你源源不斷地傾倒香檳酒，同層的酒杯并不需要等附近的酒杯裝滿后才能得到香檳，同層酒杯是被并行地裝入酒。因此，在一條流水線上可以同時處理多條指令，設各段的執(zhí)行時間均為一個時鐘周期，則經過幾個周期短暫的處理階段之后，便可以輸出一個結果，從而把指令執(zhí)行時間壓縮到段執(zhí)行時間，

5、這就是并行算法中的時間并行，在同一時間啟動多個操作，大大提高計算效率2。多處理機方式流水線方式出現之后又出現了多功能部件和多處理機方式。多處理機的基本思想是將一個問題分為若干部分，交付給用多臺處理機協同處理。比如一疊一千張的傳單，甲分發(fā)這些傳單需要一整天，于是為了快速達成老板的要求，工作時他叫來了他的好朋友乙丙丁三人，四人同時分發(fā)這些傳單，最終只需要六小時就完成了工作，這就是并行技術中的空間并行，將一個大問題分解為多個相同的子問題來加快問題解決速度，由此把多臺處理器通過網絡連接在一起，達到同時計算同一個任務的不同部分或單個處理機無法解決的大型冏題，由此便產生了多處理機方式。而后在并行處理機上發(fā)

6、展出的分布式云計算技術是繼20世紀80年代計算機到客戶端-服務器的大轉變之后的一大巨變。并行處理技術對云計算的發(fā)展有著有巨大的功勞。并行處理、云計算，分布式的聯系談到分布式與云計算與并行處理的聯系，我們首先需要知道什么是云計算與分布式，那么什么是云計算呢？這里的“云”是取“如云彩般彌漫、無處不在”之意，而云計算簡單地解釋便是“無處不在的計算”，作為并行技術的變種，云計算通過多處理機共享資源協同計算，大大提高了數據的交互性與計算效率；而什么是分布式呢？計算機操作系統方向的科學家AndrewS.Tanenbaum(AST)是這樣描述的“分布式系統運行在不具有共享內存的多臺機器上，但在用戶的眼里卻是

7、一臺計算機”，由此看來分布式與云計算都是在并行的基礎上發(fā)展起來的，但具體定義與實現方式并不是完全相同的。結束語對于并行計算的發(fā)展，我們應該知道并行計算實現的基礎是硬件，因此硬件的發(fā)展與計算機并行計算的發(fā)展是密不可分的。每一次硬件的革新推進了計算能力的大幅增長?，F今，在單臺計算機對于整體計算性能的提升變得困難時，就發(fā)展出了如分布式計算，云計算的這些并行計算的新型變種。1989年，丹尼希利斯做了一個大膽的預測，他說，到1995年，世界上并行處理計算機的使用將會超過傳統計算機。這位美國科學家對其預測非常有信心，以至于將他的公司的前途全都寄托在一臺取名叫“連接機器”的并行處理計算機上。連接機器是由彼此連接的數萬個微處理器構成的并行處理計算機，它能將大量運算分解成若干工作量比較小的部分，各部分分給不同的處理機同時進行計算。對此我認為，從單臺計算到分布式計算，云計算，而后隨著硬件的不斷發(fā)展，并行計算的發(fā)展還存在大量的