超级计算机原理与操作
超级计算技术的基本原理与使用教程详解
超级计算技术的基本原理与使用教程详解超级计算技术是一种高性能计算技术，能够在极短的时间内完成大规模的复杂计算任务。
它在科学研究、工程设计、天气预报、医学研究等领域有着广泛的应用。
本文将详细介绍超级计算技术的基本原理，并提供一个使用教程，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
超级计算技术的基本原理：1. 并行计算：超级计算机通过同时运行多个处理器来实现并行计算。
它将复杂的计算任务分解成多个小任务，每个处理器负责处理其中一个小任务，然后将计算结果合并得到最终结果。
这种并行计算的方式大大提高了计算速度和计算能力。
2. 分布式存储：超级计算机通常拥有庞大的存储系统，将数据分布存储在多个硬盘中。
这种分布式存储的方式可以提高数据的读写速度，并且能够保证数据的可靠性和容错性。
3. 高速网络：超级计算机通过高速网络连接各个处理器和存储设备，以实现数据的快速传输和处理。
高速网络的使用可以减少数据传输的延迟和通信瓶颈，提高计算效率。
4. 并行编程模型：为了充分发挥超级计算机的计算能力，需要使用并行编程模型来编写并行程序。
常用的并行编程模型包括MPI（Message Passing Interface）和OpenMP（Open Multi-Processing）。
通过这些编程模型，程序员可以将复杂的计算任务分解成多个并行的子任务，进而提高计算效率。
超级计算技术的使用教程：1. 了解计算需求：在使用超级计算技术之前，首先需要明确自己的计算需求。
确定需要解决的问题是什么，计算的规模是多大，所需的计算资源是多少等。
这些信息将有助于选择合适的超级计算机和并行编程模型。
2. 选择超级计算机：根据计算需求选择合适的超级计算机。
可以通过查询超级计算机的性能指标、计算能力和可用资源等信息，来进行选择。
对于大规模的计算任务，需要注意超级计算机的并行计算能力和存储资源是否足够。
3. 编写并行程序：选择合适的并行编程模型，根据计算需求编写并行程序。
超级计算机工作原理简析
超级计算机工作原理简析超级计算机是一种高性能计算机，它能以极高的速度执行复杂的计算任务。
本文将简要分析超级计算机的工作原理，介绍其关键技术和应用领域。
一、超级计算机的概述超级计算机是指性能超出一般计算机的巨型计算机系统。
它具有巨大的计算能力和高度并行的特点，能够支持海量数据处理、模拟仿真和复杂计算等应用。
二、超级计算机的工作原理超级计算机的工作原理主要涉及到以下几个方面：1. 并行计算超级计算机通过并行计算技术实现高性能计算。
它采用了多处理器和多核心的设计，每个处理器或核心可以同时处理多个任务，提高了计算速度。
并行计算技术包括共享内存和分布式内存两种模式，它们可以实现任务的分配和协同计算，充分利用系统的计算资源。
2. 高速互连技术超级计算机采用高速互连技术实现处理器之间的通信。
这些通信技术包括光纤互联、高速总线、互联网络等，能够提供低延迟和高带宽的数据传输能力。
高速互连技术在超级计算机中起到了将各个节点连接起来的重要作用，以保证数据的高效传输和计算任务的协同处理。
3. 大规模存储系统超级计算机拥有大规模的存储系统，用于存储海量的数据和计算任务。
存储系统一般分为磁盘存储和内存存储，可以提供高速的数据读写能力。
超级计算机的存储系统还会采用高可靠性的设计，以确保数据的安全性和可靠性。
三、超级计算机的关键技术超级计算机的实现离不开一系列关键技术的支持：1. 并行算法超级计算机需要使用并行算法来实现任务的划分和并发计算。
并行算法通常是指将一个大问题划分为多个小问题，由多个处理器或核心并行计算，最后将结果合并得到最终结果。
并行算法的设计需要充分利用系统的并行计算资源，以提高计算速度。
2. 优化编译器超级计算机需要使用优化编译器来将程序代码转化为高效可执行的机器指令。
优化编译器可以对代码进行静态分析和优化，如循环展开、向量化优化等，以提高程序的执行效率。
3. 超级计算机操作系统超级计算机需要具备高性能的操作系统，以管理和调度系统资源。
超级计算机的科学原理与应用
超级计算机的科学原理与应用超级计算机是目前世界上计算能力最强的计算机，它的应用已经渗透到各个领域。
超级计算机的核心在于其硬件及软件的研发，它是由计算机科学、数学、物理学等多个学科交叉而成的高科技产物。
本文将逐一介绍超级计算机的科学原理及其应用。
1. 超算的硬件设计超级计算机的存在离不开硬件的支持。
与普通计算机相比，超级计算机的硬件设计更加复杂，它通常由上万个处理器核心、大量的存储设备、网络互联等构成。
为了实现高效、快速的运算，超级计算机采用了大量的并行计算技术，即将多个计算任务分配给多个处理器核心同时处理。
在处理器核心之间的通信方面，超级计算机采用了高速互联的方式，以保证信息传递的实时性和高效性。
2. 超算的编程模式与普通计算机不同，超级计算机的编程模式需要应用分布式计算、消息传递等技术。
由于超级计算机所涉及的任务通常是庞大的科学计算和数据处理，因此对其编程要求高度并行化、高效、可扩展性强。
超级计算机使用的编程语言通常是Fortran等科学计算语言，具有较高的计算效率，也有部分超级计算机采用C语言、C++等通用型编程语言。
3. 超算的应用领域超级计算机的应用领域非常广泛，包括天气预报、气候研究、航空航天、生物医学等众多领域。
在天气预报中，超级计算机通过复杂的数学算法、多维数据分析等技术，能够提高天气预报的精度；在航空航天中，超级计算机能够快速地解析复杂的空气动力学问题，为飞机和火箭的研制提供了有力支撑；在生物医学领域，超级计算机可以对人类的基因组进行分析、模拟，为人类基因工程提供支持。
4. 超算的未来趋势尽管当前超级计算机在高性能计算、大数据分析等领域已经展现出和普通计算机不同的优势，但是超级计算机从未停止过进步的脚步。
未来的超级计算机将会更加注重人机交互的无缝衔接，以及与云计算相结合，实现随时随地的计算能力。
同时，超级计算机将会更加聚焦于支撑人工智能等未来领域的发展。
总之，超级计算机是世界科技领域重要的研究方向之一，它的研究、应用对推动科学技术的进步、人类社会的发展具有重要意义。
超级计算机的运作原理解析
超级计算机的运作原理解析超级计算机是当今计算机领域中的最高水平。
它的运算速度快，能够迅速处理大规模的数据和复杂的计算任务。
那么，超级计算机是如何实现这种高效的计算能力的呢？本文将探讨超级计算机的运作原理。
1. 超级计算机的硬件部分超级计算机硬件部分是实现高效计算的关键。
通常来讲，超级计算机的硬件包括处理器、内存、存储器、网络等多个模块。
1.1 处理器处理器是超级计算机的核心部分，负责执行计算任务。
超级计算机通常采用多核心、多线程方式进行计算。
多核心指处理器中集成了多个CPU核心，多线程指同一CPU核心可以同时处理多个任务。
1.2 内存内存是超级计算机的数据存储空间，同时也是处理器进行计算所需的数据存储区域。
内存通常采用高速缓存技术，数据可以快速读取和写入。
超级计算机的内存容量通常很大，以应对大规模计算需求。
1.3 存储器存储器是超级计算机保存数据和程序的设备。
通常包括硬盘、固态硬盘、磁带等设备。
存储器容量较大，可以保存大规模的数据和程序。
在计算过程中，超级计算机通常会频繁地读写数据和程序，因此存储器的读写速度也是关键。
1.4 网络超级计算机通常由多个节点组成。
为了实现节点之间的通信和协调，需要采用一定的网络架构。
通常采用高速网络技术，确保节点之间的数据传输可以快速、可靠地完成。
2. 超级计算机的软件部分超级计算机的软件部分是实现高效计算的另一关键。
它包括操作系统、编程环境、调度器等多个组成部分。
2.1 操作系统超级计算机采用的操作系统通常是专门为大规模计算任务设计的。
这种操作系统具有许多特殊的功能和优化，可以提升超级计算机的计算能力。
比如，在调度计算任务方面，操作系统通常会采用分布式调度算法，将任务合理地分配到各个节点中，以实现任务的高效完成。
2.2 编程环境超级计算机的编程环境是实现高效计算的关键。
编程环境通常分为并行编程和分布式编程两种方式。
并行编程是指将一个程序分成多个独立的模块，各模块在不同的核心上并行运行。
超级计算机的原理和架构
超级计算机的原理和架构超级计算机，又称为高性能计算机，是一种用于处理大量数据和计算复杂任务的计算机系统。
它具有极速的计算能力、高度的系统可靠性和部件容错性以及优异的性能表现，被广泛应用于科学、工程、医学研究，天气预报，金融分析等领域。
超级计算机的原理和架构是怎样的呢？本文将从硬件和软件两个方面着手，逐一简要介绍。
一、硬件架构超级计算机的硬件架构与一般的计算机不同，为了保证其高效率和高可靠性，超级计算机采用了以下特殊的硬件架构：1.并行架构并行处理是超级计算机的主要特点之一。
它采用多处理器系统，将任务分成若干个小部分，由多个处理器并行处理。
这种方式大大提升了计算效率。
超级计算机的核心部分是由成千上万个处理器和大量的存储器组成的，可以同时执行多个任务。
2.存储系统存储系统是超级计算机的核心部分之一。
传统的存储器由CPU 和存储媒介组成，超级计算机的存储系统则采用了分布式存储、高速缓存等多种技术。
超级计算机的存储器容量很大，以满足海量数据的需求。
3.互连网络超级计算机中的处理器和存储器构成一个巨大的网络，这个网络被称为互连网络。
互连网络采用高速公共总线、高速交换机等架构，以达到高带宽、低延迟、高吞吐量的数据传输。
二、软件架构超级计算机的软件架构是由操作系统和应用软件组成的。
在超级计算机上运行的应用程序与普通计算机是完全不同的，需要特殊的软件支持。
超级计算机采用了以下几种软件架构：1.操作系统超级计算机的操作系统是一个特殊的操作系统，它必须支持并行处理，并能在高速互连网络下提供高效传输服务。
同时，操作系统还必须能够有效管理大规模的任务和资源，保证高可靠性和高可用性。
2.应用软件超级计算机上运行的应用程序通常是科学计算、工程仿真等任务型应用。
这些应用程序通常需要十分严密的算法和数值计算，因此需要特殊的高性能计算库和数值分析库支持。
此外，应用程序还需要与计算机的硬件架构相适配，才能达到最优性能。
3.文件系统文件系统是超级计算机的重要组成部分。
超级计算机的体系结构和性能分析
超级计算机的体系结构和性能分析超级计算机是目前世界上最为强大的计算机之一，能够处理巨大的数据和运算任务，是现代科学和技术发展的重要基础设施。
但是想要深入了解超级计算机的性能和体系结构，需要具备一些相关的专业知识和技能。
本文将从计算机结构、处理器、内存等方面进行分析，帮助读者更好地了解超级计算机的体系结构和性能。
一、计算机结构超级计算机的结构与普通计算机基本一致，主要包括CPU、内存、输入输出设备等部件，但是其规模和性能要远远超过普通计算机。
超级计算机通常采用并行计算的方式，即将大的任务分解成若干个小任务，由多个处理器并行处理，最终将结果整合起来。
这种方法可以大大提高计算效率，缩短计算时间。
二、处理器超级计算机的处理器通常采用多核心和超线程技术。
多核心技术指处理器内部集成了多个独立的CPU核心，可以同时处理多个任务。
超线程技术是在单一核心内部模拟多个逻辑核心，可以实现单一核心同时处理多个线程。
这些技术的使用可以有效提高计算机的运算速度和效率。
三、内存超级计算机的内存通常采用高性能存储技术，如延迟高带宽内存（HBM）、高速缓存（Cache）等。
这些技术可以实现内存数据的快速读取和存储，为计算机的高速运算提供了保障。
此外，超级计算机的内存容量通常需要大于普通计算机，以应对大规模的数据处理需求。
四、高速网络超级计算机的高速网络是其性能优异的重要保障。
高速网络可以实现处理器之间和计算节点之间的高速数据传输，提高数据处理效率和运算速度。
此外，高速网络还可以支持异构计算，即不同种类的处理器在同一系统中协同工作，共同完成计算任务。
总之，超级计算机是目前科学技术发展中不可或缺的重要设备。
了解其体系结构和性能分析对于深入理解超级计算机的运行原理和应用场景非常重要。
通过对计算机结构、处理器、内存等方面的分析，我们可以更好地了解超级计算机的优势和限制，从而更好地利用其为科学技术发展做出贡献。
超级计算机的实现原理
超级计算机的实现原理随着科技的不断进步，计算机的性能不断提升，超级计算机的出现已经成为了必然。
超级计算机的主要特点是处理能力强，计算速度快，被广泛应用于天气预报、量子计算、人工智能等领域。
本文将就超级计算机的实现原理做简要介绍。
一、自主设计与自主制造超级计算机的实现需要面临许多技术和软件方面的挑战，因此，在制造超级计算机时，需要自主设计和自主制造硬件和软件。
超级计算机硬件需要高度影响因素更高的性能、更强的稳定性和更强的可靠性等，自主设计可以更好地满足这些要求；而软件则需要更快的响应时间、更强的计算能力和更丰富的功能，自主制造可以更好地满足这些要求。
二、并行计算技术超级计算机的运算速度非常快，这归功于并行计算技术。
并行计算指的是将一件事情分成多个子任务，并用多个处理器并行计算，最后将结果合并起来，以达到加速处理的目的。
在超级计算机中，采用超过数万个甚至上百万个处理器同时工作的并行计算技术，每个处理器各自完成计算任务，然后由主控制器将所有处理器的计算结果汇总，从而提高计算速度。
三、分布式处理技术分布式处理技术是超级计算机实现的另一个重要技术。
分布式处理指的是将一个问题分成多个小问题，由多台计算机同时计算，最后将结果在主控制器上合并。
这种技术可以更好地利用不同计算机的计算能力，提高计算速度。
在实际应用中，超级计算机通常是由数千个或数万个处理器或计算机组成，每个处理器或计算机都可以执行自己的计算任务，最后将结果传回主控制器。
四、高速通信技术超级计算机的计算速度非常快，需要大量的数据交换和传输，因此需要高速传输和通信技术。
高速通信技术包括光纤、高速批量传输、高速网络等，这些技术能大大加快数据传输速度，提高超级计算机的工作效率。
总之，超级计算机的实现离不开自主设计与自主制造、并行计算技术、分布式处理技术和高速通信技术的支持。
这些技术的不断完善和发展，将不断为超级计算机的进一步发展提供条件和基础。
超级计算与超级计算机
超级计算与超级计算机一、超级计算与超级计算机的概念超级计算机（Super computer），又称“巨型计算机”。
由成千上百甚的处理器（机）组成，能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算。
其基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异，但规格与性能却强大许多。
超级计算机具有很强的计算和处理数据的能力，其主要特点为：高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。
“超级计算”（Super-computing），这名词第一次出现是在媒体“纽约世界报”于1929年关于IBM为哥伦比亚大学建造大型报表机（tabulator）的报导。
介于网络上少有超级计算的相关定义，在阅读了一定数量的资料后将其归纳为：超级计算是一种将超级计算机用于解决各个方面实际问题的技术。
二、超级计算机的设计原理把复杂的工作细分为可以同时处理的工作并分配于不同的处理器。
在进行特定的运算方面表现突出。
其数据结构是经过精心设计来确保数据及指令及时送达——传递速度的细微差别可以导致运算能力的巨大差别。
其输入输出系统也有特殊设计来提供高带宽。
根据阿姆达尔定律]1[，超级计算机的设计都集中在减少软件上的串行化、用硬体在瓶颈上加速。
三、因超级计算机而产生的技术由于超级计算机的功能强大，各种问题就不断的出现，最典型的几个问题是：在短时间耗用及生产大量数据，需要投入很多资源确保资讯妥善传送及访问；常产生高热，需要冷却。
而针对这些问题，科学家们进行研究并提出解决方案，下面就针对以上问题简要介绍目前的解决方法。
1.矢量处理器：又称“中央处理器（CPU）”。
是目前电子计算机的主要而又重要设备。
其功能主要为解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
早期的中央处理器通常是为大型及特定应用的计算机（超级计算机）而定制的。
但这种昂贵的、为特定应用定制中央处理器的方法很大程度上已经让位于开发便宜、标准化、适用于一个或多个目的的处理器类。
这个标准化趋势始于由单个晶体管组成的大型机和微机年代，随着集成电路的出现而加速。
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1（内存外置型）
• 结点 • 互联网络 • 内存
当代超级计算机的硬件架构(2)
• 当代并行机体系结构2（内
存内置型）
• 结点 • 互联网络 • 内存
当代超级计算机的硬件架构(3)
• 互联网络拓扑参数
• 并行机规模:并行机包含的结点总数，或者包含的 CPU 总数 • 结点的度:拓扑结构图中，以某个结点为端点的边的条数，称为该结点的度。
硬件架构变革（2.2）
不可功能并行的判断
• 左上：功能冲突 • 左下：结果冲突 • 右上：直接依赖 • 右下：间接依赖
硬件架构变革（2.3）
非线性指令调度机制原理
• 无冲突、无依赖的指令可以同时做 • 方法：
• 判断功能单元的可用性 • 判断结果寄存器的可用性 • 判断输入操作数的可用性
硬件架构变革（3）
• 1967年 IBM 360 model 91 • 主要创新技术：
• 数据总线 • 功能模块自治
硬件架构变革（3.1）
• 数据总线
• 原理：代替处理器管理存储访问操作，让指令执
行和存储访问可以得到较大程度的解耦
• 总线连接的功能模块：
• 主存储控制器 • 并口IO控制器 • 访问请求栈 • 存储地址寄存器 • 位置接受栈 • 存储数据缓冲
当代超级计算机的硬件架构(6)
当代超级计算机的硬件架构(6)
• 一维阵列拓扑的网络直径为P，折半宽度为1 • 环形拓扑的网络直径为 3 -1，折半宽度为2
,
• d维网格拓扑的网络直径为∑8"9%:& ������" − 1 , 折半宽度为������������������>?∑"B>(������" −
参考资料
下载链接：https:///s/1gfMHC6v
• Supercomputer Architecture/Paul B. Schneck • Computer Organization and Design 5th Ed./David A. Petterson • 并行计算导论/张林波等 • 并行计算导论/Grama等
时，必须去掉的边对应的网络点对点带宽的最小总和
• 总通信带宽:所有边对应的网络通信带宽之和
当代超级计算机的硬件架构(5)
评价一个互联网络的基本准则：固定并行机包含 的结点个数，如果
• 点对点带宽越高 • 折半宽度越大 • 网络直径越小 • 点对点延迟越小
则互联网络质量可以说越高
当代超级计算机的硬件架构(5)
• 课程考核形式：两次大作业（课程论文，同时提交电子和纸质版本，电子
版发到dcs316Homework@，邮件标题 学号+姓名+论文题目，论文 用word或latex编写都可以）
课程主要内容
• 1～3周：超级计算机的发展历史与基本架构原理 • 4～13周：超级计算机的基本操作与编程方法 • 14～18周：超级计算机上的并行计算案例（三个）
IBM7030，要求比当时的计算机快100倍
• IBM7030于1961年建成使用，主要的创新技术有：
• 指令并发技术 • 指令先行控制和数据预取技术
硬件架构变革（1.1）
• 指令并发技术的引入（1961年IBM 7030）
• 在此之前的计算机都是串行地执行指令的：
• 先取出指令的二进制码，再把二进制码解码成指令类型，再指定数据内存地址并
课程论文主题和形式
• 期中论文：超级计算机的过去、现在和未来
• 对于超级计算机的过去和现在的总结和分析，需要有理有据（要求有参考文献和引用标注） • 对于超级计算机的未来的预测，可以充分发挥想象力，但必须有明确的观点和论据
• 期末论文：用超级计算机求解一个计算问题
• 计算问题任选，但必须在论文中有清楚的问题描述和分析 • 要求在课程提供的实验环境中编译和运行相关的求解算法程序（上机环境在期中公布） • 要求在论文中介绍该程序中使用的算法的原理和基本步骤 • 要求把上机过程的主要操作写入论文中 • 要求论文有对程序的并行计算性能的分析和计算结果的检验
硬件架构变革（3.2）
• 功能单元自治，实现更深层次的并发度：
• 指令控制单元 • 定点计算单元 • 浮点计算单元 • 主存储控制单元 • 并口IO单元
硬件架构变革（4）
• 1971年，CDC star-100 • 主要创新技术：
• 向量处理技术
硬件架构变革（4.1）
向量处理技术：
• 原理：
• 利用针对向量的计算指令的访问
结点的度表示，存在多少个结点，与该结点有直接 的物理连接通道
• 结点距离:两个结点之间跨越的图的边的最少条数 • 网络直径:网络中任意两个结点之间的最长距离 • 折半宽度:对分图成相同规模的两个子图(它们的 结点数相等，或者至多相差 1)
时，必须去掉的边的最少条数
当代超级计算机的硬件架构(4)
• 互联网络速度参数
当代超级计算机的硬件架构(6)
一维阵列拓扑：
连接条件：
当代超级计算机的硬件架构(6)
环形拓扑：
连接条件：
当代超级计算机的硬件架构(6)
网格拓扑：
连接条件：
当代超级计算机的硬件架构(6)
• 网格环形拓扑：
• 连接条件：
当代超级计算机的硬件架构(6)
• 二叉树形拓扑：
• 网络直径为2 log P，但折半宽
超级计算机原理与操作（一）
吴峻峰 wujunf5@
课程简介
• 课程对象：没有接触过超级计算机的学生 • 课程目的：讲解超级计算机的基本原理和基本操作知识 • 修这门课需要的预备知识：
• 对计算机的组成有一定的概念（有修过计算机组成原理更好） • 学过C、C++编程 • 学过线性代数
规则性来降低指令数据存取的延 迟
• 针对向量运算来提高硬件运算效
率
• 缺点：
• 不能向量化的指令成为性能瓶颈
硬件架构变革（5）
• 1971年，ILLIAC IV • 主要创新技术：
• 大规模并行处理
硬件架构变革（5.1）
大规模并行处理：
• 用专用网络连接大量相同的处理器（不依赖于向量指令） • 每个处理器都是自治的 • 通过网络来传输和交换数据 • 需要算法和程序来负责处理器之间的数据传输和交换
当代超级计算机的硬件架构(6)
• 静态拓扑结构
• 如果结点之间存在固定的物理连接，且在程序的执行过程中，结 点间的连接
方式不变，则称该并行机的互联网络拓扑结构是静态的
• 常见的结构：阵列 (array)、环 (ring)、网格 (mesh)、网格环 (torus，也叫环面)、
树 (tree)、超立方体 (hypercube)、蝶网 (butterfly)、Benes网等
硬件架构变革(6)
• 近年来，天河一号、天河二号、美国泰坦等 • 主要特性：异构计算+超大规模并行处理 • 异构计算：使用不同类型的处理器来处理不同类型的计算任务
• GPU、XEON PHI等加速处理器处理适合于向量化处理的计算任务 • CPU处理其它的计算任务
• 可以理解为向量处理和大规模并行处理的有机结合
加速50倍，那么执行时间就能缩短为6.72个小时
• 提高求解规模：例如在单个计算机上，受该计算机内存2G的限制，只能计算
某方程10万个网格点的解，但该方程的结果要到1000万个网格点以上才能在应 用中使用，这种情况下可以借助并行计算，使用100个计算节点 ，把问题求解 规模扩大100倍
当代超级计算机的硬件架构(2)
• 加快求解速度 • 扩大求解规模
• 方法：
• 数据分划：把数据集分划为多个子集 • 任务分解：将一个应用分解成多个子任务 • 处理器指派：把数据子集和子任务分配给不同的处理器（计算节点） • 协作执行：各个处理器之间相互协同，并行地执行子任务
当代超级计算机的硬件架构(1)
• 两种不同的目的：
• 加快求解速度：例如串行执行2个星期的计算任务，如果使用100个处理器能够
(+1 ! "%2 "#$%&
"
• 都集中在同一个模块的概率很小
硬件架构变革（2.2）
功能级别并行（functional parallelism）
• 原理：允许处理器中不同的功能单元无需等待不存在依赖关系的指
令操作完成
• 常见功能单元：布尔运算单元、分支单元、除法单元、定点加法单
元、浮点加法单元、增量单元、乘法单元、移位单元
电子元件集成能力每18到24个月翻一翻）
• 摩尔定律意味着，单纯靠提高单个处理器的速度（这要靠提高集成电路的
集成度）对提升计算机的处理效率作用很有限
• 除了提高单个处理器的速度外，并行计算也能提升计算机的处理效率 • 其它原因：内存墙和能量墙等
当代超级计算机的硬件架构(1)
• 并行计算的定义：
• 目的：
读取相关操作数，再执行运算
• 指令的并发执行：
• 使用批量处理技术，批量读取指令，批量解码指令，批量读取操作数，批量执行
指令
• 使用流水线技术，指令读取、指令解码、操作数读取和指令执行并发进行
硬件架构变革（1.1）
• 指令流水线技术
硬件架构变革（1.2）
指令先行控制单元和数据预取
• 目的：利用指令执行和数据存取之间的并行性来解决指令读取和解
通常情形下，图中任意两个结点之间的点对点延迟 L 与它 们之间的距 离 m 有一个简单的关系式
其中，L0 为相邻两个结点之间的延迟，δ 表示消息跨越一个结点所 需 的开销。一般的，δ << L0 .
当代超级计算机的硬件架构(5)
假设任意两个结点之间的点对点延迟为 L，点对点带宽 为 B，则它们 之间一次长度为 N 的消息传递的时间可近似写为: