并行计算基础：系统结构与模型探索

"并行计算机系统及结构模型-并行计算（中科大讲义）" 本文将探讨并行计算的概念、系统结构以及互连网络，主要基于中科大的讲义内容。并行计算是解决当代科学与工程问题的关键技术，通过在多处理器或多核心系统上同时执行任务来提高计算效率和解决问题的规模。 1.1 并行计算与计算科学 并行计算是计算机科学的一个重要分支，它涉及到如何在多个处理单元之间分配和协调计算任务，以实现计算性能的提升。计算科学的许多领域，如气候模拟、生物信息学、物理仿真和大数据分析，都受益于并行计算的能力。 1.1.2 当代科学与工程问题的计算需求 随着科学研究和技术的进步，处理的数据量和计算复杂度不断增加，单一处理器往往无法满足这些需求。并行计算能有效处理大规模数据和复杂的计算问题，例如气候变化模型的构建、基因序列分析和高维数值模拟。 1.2 并行计算机系统互连 1.2.1 系统互连 在并行计算机系统中，处理器间的通信是至关重要的。系统互连指的是处理单元之间的连接方式，确保数据能在各组件间高效流动。 1.2.2 静态互联网络 静态互联网络是指在系统初始化时就固定了处理器间连接的网络结构，如交叉开关和多级互连网络。 1.2.3 动态互连网络 动态互联网络允许在运行时改变处理器间的连接，提供更大的灵活性，如可重构阵列和自适应路由技术。 1.2.4 标准互联网络 标准互联网络如PCI-E、InfiniBand和Ethernet等，已经成为并行计算机系统中的常用通信标准，提供标准化的接口和协议。 1.3 并行计算机系统结构 1.3.1 并行计算机结构模型 并行计算机的结构模型包括共享内存、分布式内存以及混合模型。共享内存系统中，所有处理器可以访问统一的内存空间；分布式内存系统中，每个处理器有自己的私有内存，通过网络进行通信；混合模型结合两者，提供更灵活的架构。 1.3.2 并行计算机访存模型 访存模型描述了处理器如何访问和共享数据，包括全局地址空间和局部地址空间模型，影响并行程序设计和优化。 这篇讲义进一步涵盖了并行计算的其他方面，如并行算法设计、性能评测、数值计算以及并行编程模型等，为理解并行计算提供了全面的理论基础和技术指导。对于学习并行计算的学者和工程师来说，这是极有价值的学习资源。