并行架构入门：性能、挑战与技术发展

本资源是一份由Josep Torrellas教授在2012年为计算机科学课程CS533准备的介绍性讲义，主要探讨并深入解析了并行架构的基本概念、其应用优势以及关键驱动因素。主要内容分为三部分： 1. **并行架构的引入**：首先，讲解了采用并行架构的原因，包括提升绝对性能、优化能源效率、降低复杂性和提高成本效益。这些方面都是现代计算机设计中的重要因素，特别是随着半导体技术和互联技术的进步，以及软件技术的发展。 2. **并行机器分类**：接着，介绍了Michael Flynn的分类法，它基于指令流（I-streams）和数据流（D-streams）的概念。根据这种分类，有四种基本类型的并行组织： - SISD（Single Instruction, Single Data Stream）：单指令单数据流，代表单处理器系统。 - SIMD（Single Instruction, Multiple Data Stream）：单指令多数据流，常见于图形处理器（GPUs），用于并行处理大量数据。 - MISD（Multiple Instruction, Single Data Stream）：多指令单数据流，较少见但可能用于特定应用。 - MIMD（Multiple Instruction, Multiple Data Stream）：多指令多数据流，代表多核或众核系统，是现代多线程和分布式计算的基础。 3. **模型基础分类**：除了Flynn的分类，还有其他模型，如共享内存模型（Shared-memory）、消息传递模型（Message-passing）、数据流模型（Dataflow）、Systolic阵列模型（用于特定类型的并行处理）以及数据并行模型（Data-parallel）。这些模型展示了并行计算的不同实现方式，每种模型都有其适用场景和优缺点。 这份讲义为学习者提供了全面理解并行架构的框架，涵盖了从理论到实践的关键知识点，有助于在计算机科学领域深入研究和设计高效能的并行系统。对于那些对高性能计算、分布式系统或硬件/软件协同工作感兴趣的学生和专业人士来说，这是一份宝贵的参考资料。