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  并行仿真_数学_自然科学_专业资料。第九章 并行仿真 ? ? ? ? ? 2018/11/18 引言 9.1并行处理的一般概念 9.2并行计算机的分类及结构 9.3并行算法 9.4控制系统的并行仿线 引言 并行仿真的概念是相

  第九章 并行仿真 ? ? ? ? ? 2018/11/18 引言 9.1并行处理的一般概念 9.2并行计算机的分类及结构 9.3并行算法 9.4控制系统的并行仿线 引言 并行仿真的概念是相对于串行仿真提出的。 研究目的: 进一步提高仿真速度和精度; 满足大型动态系统的实时仿线并行处理的一般概念 在学习并行仿真之前,对串行仿真过程进 行回顾,以便更好地理解并行仿真的特点。 一、串行仿线、仿真过程: 建模?选择算法,选择步长? 编程序计算 2018/11/18 3 例:doty=(b/a)y+c y(t0)=y0 用欧拉法求解:yn+1 = yn+hfn = yn+h(b/a*yn+c) 从yn到 yn+1一步计算的过程如下: b/a?x,x*yn?x,x+c?x,h*x?x,x+yn?yn+1 运算符: / * + x, c, x * h, x, x + x, yn, yn+1 运算数:b, a, x x, yn, x 运算符称为指令流;运算数称为数据流; 指令流与数据流合称信息流。 2018/11/18 4 2、串行计算机 在前面例子的计算中,一个操作符只对应一 组操作数,产生一个计算结果,这种方式称为单 指令流单数据流方式(SISD)。 以 SISD 方式工作的计算机是串行计算机, 进行的仿真是串行仿真。 串行计算机的结构模型可用下图表示。 指令流 存储器 指令部件 数据流 2018/11/18 5 运算器 ? 二、并行处理 并行处理的一般概念是指硬件设备的多倍重复, 以处理机部件的多倍重复实现并行运算。 并行处理有两种含义:同时性、并发性 1、同时性 两个或两个以上事件在同一时刻发生。 2、并发性 两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。 第一种情况属于并行计算问题,第二种情况 属于串并行混合计算问题。 2018/11/18 6 9.2并行计算机的分类及结构 并行计算机是并行仿真的硬件基础,根据不同的标准, 可分为不同的类型。 ? 一、按信息流传递形式分类 1、SIMD计算机 AP1 IS AP2 DS1 DS2 一个操作符作用于多组操作 数,产生多个结果。 CU:控制单元 CU APn DSn APi:运算部件 7 2018/11/18 2、MIMD计算机 CU1 CU2 IS1 IS2 AP1 AP2 DS1 DS2 多个操作符作用于多组操作 数,产生多个结果。 可进行并行处理,也可单独 使用其中之一。 CUn ISn APn DSn 3、MISD计算机 CU1 CU2 IS1 IS2 AP1 AP2 DS ISn 多个操作符作用于一组操作 数,产生多个结果。 CUn APn 2018/11/18 8 ? 二、按并行工作单元的层次等级分类 1、5wk金沙登录网址关联并行处理机: 实现存储器操作的并行。 关联存储器:按内容寻址,具有信息并行存储 功能。 2、流水线处理机(向量机): 实现处理器的并行操作。将计算机的运算部 件或控制单元装配成若干有序的子部件。 2018/11/18 9 3、并行处理机:实现处理机的并行操作。 不同的处理机完成不同的子任务。 4、多计算机系统:实现指令和任务的并行。 可同时对多条指令及分别有关的数据进 行处理,(MIMD)。 每个并行单元有独立的操作系统,每个 单元均可独立运行。 2018/11/18 10 9.3并行算法 并行算法及并行计算机的程序与硬件 结构密切相关,我们这里学习的是并行算 法的基本概念和一般原则。 2018/11/18 11 ? 一、计算问题的分类 1、串行计算问题 若一个问题的计算是按照 SISD 方式进 行,即:每步计算都是一个操作符作用于 一组操作数,产生一个结果,当前步计算 依赖于前一步的结果,则称为串行计算问 题。 2018/11/18 12 2 、并行计算问题: 若一个问题的计算是按照 SIMD 方式或 MIMD方式进行,各分量之间无依赖,则称 为并行计算问题。 2018/11/18 13 例:ui,n+1= ui,n+a(ui+1,n-2ui,n+ui-1,n),i=1,2,……N 从第n步到第n+1步: u1,n+1= u1,n+a(u2,n-2u1,n), u2,n+1= u2,n+a(u3,n-2u2,n+u1,n), . . uN,n+1= uN,n+a(-2uN,n+uN-1,n) 在一步计算中,各分量之间互不依赖, 可并行计算。 2018/11/18 14 3、串并行混合计算问题 若一个问题既有串行计算部分又有并行 计算部分,则称为串并行混合计算问题。 2018/11/18 15 例、求向量内积: A=(a1, a2, …… , an)’,B=(b1,b2,……bn)’ 计算公式: A ? B ? ? ai bi i ?1 n (1)n个乘法:a1b1、a2b2、anbn的计算可同 时进行(并行) (2) ? a b i ?1 i n i :两两相加可并行计算,继续 相加则为串行。 从(1)到(2)为串行。 2018/11/18 16 ? 二、计算机算法的划分 按指令流与数据流的执行方式,计 算机算法可分为三类: 1.串行算法:SISD,串行计算机 2.同步并行算法:SIMD,并行计算机 3.异步并行算法:MIMD,并行计算机 2018/11/18 17 ? 三、并行算法的计算树 计算树:表示求值过程的二叉树型图,双目 操作。 例如,可将 S=A+B* ( C+DEF ) +G 的计 算过程用计算树表示。 A B C D * * + + * S + 2018/11/18 E F G 1 2 3 4 5 6 每步只有一个操 作 符 , 为 SISD 方 式。共进行了 6 步 操作。 18

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