深入探讨并行计算机系统设计及未来发展趋势

详细讲解了并行计算机系统的基本概念、发展历程、现状和未来趋势。文档涵盖了计算机系统的并行性提升方法，探讨了并行计算机系统的特点和优势，并深入研究了并行计算机系统的设计方法。文档还涉及了计算机系统结构的定义，包括经典的和广义的定义，以及计算机系统结构的发展历程，特别是图灵机理论模型和冯·诺依曼结构。 知识点详细说明： 1. 计算机系统结构的定义： - 经典定义：由Gene Myron Amdahl在1964年提出，指的是传统机器程序员所看到的计算机的属性、概念性结构和功能特性。 - 广义定义：由John L. Hennessy和David A. Patterson提出，涵盖三个设计方面：指令系统结构、组成或微体系结构和硬件。 2. 计算机系统结构的含义： - 程序设计者角度：涉及计算机体系的概念性结构和功能特性，与软件设计密切相关。 - 硬件设计者角度：指计算机体系的组成或实现，强调性能与价格比的合理性。 3. 计算机系统结构的发展历程： - 图灵机理论模型：由阿兰·图灵提出，为计算机系统的基本功能奠定了理论基础。图灵机模型包含处理、存储、传输三个基本操作，能解决所有可计算的数学问题。 - 冯·诺依曼结构：由冯·诺依曼提出的计算机结构模型包含输入设备、输出设备、存储器、控制器、运算器五个部分。其特点是以运算器为中心，指令和数据在存储器中同等对待，存储器按地址访问，指令顺序执行。冯·诺依曼结构是现代计算机系统结构的基础。 4. 并行计算机系统的特点和优越性： - 并行性：指的是计算机系统同时执行多个计算任务的能力。 - 优越性：并行计算机系统可以显著提高计算性能，缩短处理时间，适合处理大规模数据集和复杂计算任务。 5. 并行计算机系统的设计方法： - 并行计算机系统设计涉及对硬件和软件的协同设计，需要考虑处理器间的通信机制、内存架构、同步机制等多种因素。 - 设计方法要解决的核心问题是如何高效地管理和分配计算资源，以实现高效率和低延迟的并行处理。 6. 并行计算机系统的并行性及提高方法： - 并行性的提升可以通过算法优化、任务划分、多处理器协同工作等方式实现。 - 提高并行性需要对计算任务进行有效的分解和调度，以利用多处理器或计算节点的并行处理能力。 文档通过对并行计算机系统设计方法的分析，提供了对计算机系统结构深入的理解，强调了并行性的重要性和设计并行计算机系统时需要考虑的关键因素。这为设计高性能计算机系统提供了理论基础和实践指导。