并行计算-练习题
并行计算期末试题及答案
并行计算期末试题及答案1. 基础概念部分并行计算是一种计算模式，它使用多个处理单元同时执行计算操作，以加快计算速度。
在现代计算机系统中，我们常常使用多核处理器、图形处理器（GPU）或者分布式系统来实现并行计算。
1.1 并行计算的优势并行计算具有以下几个优势：加速计算速度：通过同时执行多个计算任务，可以极大地提高计算效率。
解决大规模问题：并行计算可以处理大规模和复杂的问题，提供更精确的结果。
降低能耗：通过合理利用处理器资源，可以降低计算任务的能耗。
应用广泛：并行计算可以应用于各个领域，如科学计算、大数据分析、机器学习等。
1.2 并行计算的分类并行计算按照任务之间的关系可以分为两类：数据并行：将数据划分为多个子集，同时在不同的处理器上进行计算，然后将计算结果汇总。
常见的应用包括矩阵运算、图像处理等。
任务并行：将任务划分为多个子任务，每个子任务由一个独立的处理器执行，最后将各个子任务的结果合并。
常见的应用包括并行搜索算法、并行排序等。
2. 并行计算的算法设计2.1 并行算法设计要点在设计并行算法时，需要考虑以下几个要点：任务划分：将计算任务划分为多个子任务，确保各个子任务之间的计算工作均衡，并保持任务之间的独立性。
任务调度：合理安排各个处理器上的任务执行顺序和时间，最大程度地减少通信开销和等待时间。
数据通信：处理器之间需要进行数据交换和通信，应选择合适的通信方式，并考虑通信延迟和带宽等因素。
数据同步：在多个处理器之间，可能需要进行数据同步操作，确保各个处理器之间的数据一致性。
2.2 并行算法实例：并行矩阵乘法并行矩阵乘法是一个常见的数据并行算法，可以有效地利用多核处理器加速大规模矩阵运算。
具体算法如下：步骤1：将输入矩阵划分为若干个小矩阵，每个小矩阵分配给一个处理器。
步骤2：每个处理器计算相应小矩阵的部分结果。
步骤3：将各个处理器计算得到的部分结果进行求和，得到最终的矩阵乘积结果。
3. 并行计算的应用举例3.1 科学计算在科学计算领域，有大量的计算任务需要处理大规模的数据和复杂的数学模型。
中国海洋大学研究生并行计算参考答案-复习
中国海洋⼤学研究⽣并⾏计算参考答案-复习⼀、名词术语翻译1）SIMD ：Single Instruction Multiple Data, 单指令多数据流。
2）MIMD ：Multiple Instruction Multiple Data, 多指令多数据流。
3）SIMT ：Single Instruction Multiple Threads, 单指令多线程。
4）SPMD ：Single Program Multiple Data, 单程序多数据流。
5）MPMD ：Multiple Program Multiple Data, 多程序多数据流。
6）PVP ：Parallel Vector Processor, 并⾏向量处理机。
7）SMP ：Symmetric Multiprocessor, 对称多处理机。
8）MPP ：Massively Parallel Processor, ⼤规模并⾏处理机。
9）DSM ：Distributed Shared Memory, 分布式共享存储。
10）COW ：Cluster of Workstation, ⼯作站机群。
11）UMA ：Uniform Memory Access, 均匀存储访问模型。
12）NUMA ：Nonuniform Memory Access, ⾮均匀存储访问模型。
13）COMA ：Cache-Only Memory Access, 全⾼速缓存访问模型。
14）NORMA ：No-Remote Memory Access, ⾮远程存储访问模型。
15）CC-NUMA ：Coherent-Cache Nonuniform Memory Access, ⾼速缓存⼀致性⾮均匀存储访问模型。
16）CUDA ：Compute Unified Device Architecture, 统⼀计算架构。
17）GPU ：Graphics Process Unit, 图形处理器。
并行计算-习题及答案-第12章 并行程序设计基础
第十二章 并行程序设计基础习题例题：1、假定有n 个进程P(0)，P(1)，…，P(n -1)，数组元素][i a 开始时被分配给进程P(i )。
试写出求归约和]1[]1[]0[-+++n a a a 的代码段，并以8=n 示例之。
2、假定某公司在银行中有三个账户X 、Y 和Z ，它们可以由公司的任何雇员随意访问。
雇员们对银行的存、取和转帐等事务处理的代码段可描述如下：/*从账户X 支取￥100元*/atomic {if (balance[X] > 100) balance[X] = balance[X]-100； }/*从账户Y 存入￥100元*/atomic {balance[Y] = balance[Y]-100；}/*从账户X 中转￥100元到帐号Z*/atomic {if (balance[X] > 100){balance[X] = balance[X]-100；balance[Z] = balance[Z]+100；} }其中，atomic {}为子原子操作。
试解释为什么雇员们在任何时候（同时）支、取、转帐时，这些事务操作总是安全有效的。
3、考虑如下使用lock 和unlock 的并行代码：parfor (i = 0；i < n ；i++){noncritical sectionlock(S)；critical sectionunlock(S)；}假定非临界区操作取T ncs时间，临界区操作取T cs时间，加锁取t lock时间，而去锁时间可忽略。
则相应的串行程序需n( T ncs + T cs )时间。
试问：①总的并行执行时间是多少？②使用n个处理器时加速多大？③你能忽略开销吗？4、计算两整数数组之内积的串行代码如下：Sum = 0；for(i = 0；i < N；i++)Sum = Sum + A[i]*B[i]；试用①相并行；②分治并行；③流水线并行；④主-从行并行；⑤工作池并行等五种并行编程风范，写出如上计算内积的并行代码段。
并行算法考试题
1、名词解释：（1）等分宽度：把网络划分为两个相等的部分（节点数之多差1），所需要去掉的网络边的条数。
（2）网络直径：网络中两个节点之间的最远的距离（3）并行运行时间：从第一台处理机开始执行任务开始，到最后一台处理机执行完任务所经历的时间。
（4）并行步：能够同时执行的操作数。
（5）加速比：同一任务在串行计算下的运行时间/并行计算下的运行时间。
2、介绍超立方体网络互连方式的性能指标解答：q维超立方体，等分宽度为2q-1，网络直径：q，网络接口数：q3、按照指令流和数据流，并行计算机可以分为哪些类型？各自适合什么样的并行计算？排名在前20的计算机都是什么类型的计算机？它们的区别是什么？解答：（1）SIMD：适合指令/操作级并行（2）MIMD：适合块、回路或子程序级的并行4、并行算法有哪些设计方法？（1）流水线技术（2）分而治之策略（3）平衡二叉树方法（4）倍增技术（5）加速级联策略5、举例说明平衡树方法的原理？参考：使用n/2台计算机，可以在⎡⎤nlog步完成运算。
26、Logp模型有哪些参数？BSP模型有哪些参数？这两个模型之间的关系是什么？（1） L ：源处理机与目标处理机之间进行消息通信所需要等待的延迟时间上限（2） o ：处理机用于发送或接收每个消息的时间开销（3） g ：连续发送/接收消息的时间间隙（4） P ：处理机个数BSP 模型：（1） P ：处理机数（2） g ：选路器吞吐率（3） L ：全局同步之间的时间间隔关系：（1） 本质上等效，可以相互模拟（2） 用BSP 模拟LOGP 所进行的计算时，通常会慢常数倍。
（3） 反之，慢对数倍7、 题目记不清了，只要知道两个公式就可以了，对于logp ：L+2o 对于logGp ：t α+t β8、 计算加速比和效率的题，具体记不清了，只要会使用公式就可以了。
9、 关于群集系统中QR 分解的题目。
将矩阵的行列都分成5等分，得到它的25个任务，按照贪婪算法的调度思想，画出子任务执行的并行步。
并行计算(陈国良版)课后答案
第三章 互连网络3.1 对于一颗K 级二叉树（根为0级，叶为k-1级）,共有N=2^k —1个节点，当推广至m —元树时（即每个非叶节点有m 个子节点)时,试写出总节点数N 的表达式。
答:推广至M 元树时，k 级M 元树总结点数N 的表达式为：N=1+m^1+m^2+。
.。
+m^（k —1）=(1—m^k)*1/(1-m);3.2二元胖树如图3.46所示，此时所有非根节点均有2个父节点.如果将图中的每个椭圆均视为单个节点，并且成对节点间的多条边视为一条边，则他实际上就是一个二叉树。
试问：如果不管椭圆，只把小方块视为节点，则他从叶到根形成什么样的多级互联网络？ 答：8输入的完全混洗三级互联网络.3.3 四元胖树如图3.47所示，试问：每个内节点有几个子节点和几个父节点?你知道那个机器使用了此种形式的胖树？答:每个内节点有4个子节点，2个父节点。
CM —5使用了此类胖树结构.3.4 试构造一个N=64的立方环网络,并将其直径和节点度与N=64的超立方比较之,你的结论是什么?答：A N=64的立方环网络,为4立方环（将4维超立方每个顶点以4面体替代得到），直径d=9，节点度n=4B N=64的超立方网络,为六维超立方(将一个立方体分为8个小立方，以每个小立方作为简单立方体的节点，互联成6维超立方)，直径d=6，节点度n=63.5 一个N=2^k 个节点的 de Bruijin 网络如图3。
48。
个节点的二进制表示，。
试问:该网络的直径和对剖宽度是多少？答：N=2^k 个节点的 de Bruijin 网络 直径d=k 对剖宽带w=2^(k-1）3.6 一个N=2^n 个节点的洗牌交换网络如图3.49所示.试问：此网络节点度==?网络直径==？网络对剖宽度==？答：N=2^n 个节点的洗牌交换网络,网络节点度为=2 ，网络直径=n —1 ,网络对剖宽度=43.7 一个N=（k+1)2^k 个节点的蝶形网络如图3.50所示.试问:此网络节点度=？网络直径=?网络对剖宽度=?答：N=（k+1）2^k 个节点的蝶形网络,网络节点度=4 ，网络直径=2＊k ，网络对剖宽度=2^k3。
并行计算的参考题目
并行计算的参考题目1、讨论某一种算法的可扩放性时，一般指什么？88答：讨论某一种算法的可扩放性时，实际上是指该算法针对某一特定机器结构的可扩放性2、使用“Do in Parallel”语句时，表示的是什么含义105答：表示算法的若干步要并行执行3、并行计算机的存储访问类型有哪几种？26答：存储访问类型有：UMA（均匀存储访问）、NUMA（非均匀存储访问）、COMA（全高速缓存存储访问）、CC-NUMA（高速缓存一致性非均匀存储访问）、NORMAl（非远程存储访问）4、什么是同步？它有什么作用？如何实现？107答：同步是在时间上强使各执行进程在某一点必须相互等待。
作用：确保个处理器的正确工作顺序以及对共享可写数据的正确访问（互斥访问）。
实现方法：用软件、硬件和固件的方法实现。
5 在并行加速比的计算中，常用的三种加速比定律分别是哪三种？（P83）答：常用的三种加速比定律分别是：适用于固定计算负载的Amdahl定律，适用于可扩放问题的Gustafson定律和受限于存储器的Sun和Ni定律。
6、试比较Amdahl定律、Gustafson定律、Sun和Ni定律三种加速定律的应用场合。
83 答：Amdahl定律适用于固定计算负载的问题Gustafson定律适用于可扩放性问题Sun和Ni定律适用于受限于存储器的问题。
7.并行算法的基本设计技术有哪些？它们的基本思想是什么？139答：(1)基本技术有：划分设计技术(又分为均匀划分技术、方根划分技术、对数划分技术和功能划分技术)、分治设计技术、平衡树设计技术、倍增设计技术、流水线设计技术等。
(2)基本思想分别如下：a.划分设计技术：(P139) 将一原始问题分成若干部分，然后各部分由相应的处理器同时执行。
b.分治设计技术：(P144)将一个大二复杂的问题分解成若干特性相同的子问题分而治之。
若所得的子问题规模仍嫌过大，可反复使用分治策略，直至很容易求解诸子问题为止。
并行计算与高性能计算
4.并行计算中的数据并行是指将数据分配到多个处理器上独立处理。（）
5.高性能计算（HPC）系统一定是由多个计算节点组成的集群。（）
6.在并行计算中，Amdahl定律描述了随着并行处理器数量的增加，程序加速比无限增大。（）
7.并行计算中的负载均衡是指在计算过程中动态地分配任务以优化资源利用率。（）
C. MIMD
D. SISD
2.高性能计算（HPC）主要应用于以下哪个领域？（）
A.数据挖掘
B.机器学习
C.大规模科学计算
D.互联网搜索
3.以下哪种并行算法通常用于排序？（）
A.分治算法B.归Fra bibliotek算法C.快速排序
D. Bitonic Sort
4. MPI（Message Passing Interface）是一种什么类型的并行编程模型？（）
B.动态负载均衡
C.粒度负载均衡
D.数据复制
8.以下哪个是高性能计算中的性能指标？（）
A.延迟
B.带宽
C. FLOPS
D. MIPS
9.以下哪个并行算法主要用于图像处理？（）
A.快速傅里叶变换
B.高斯消去法
C.卷积运算
D. K-means聚类
10.以下哪个部件是高性能计算中的存储层次结构中的缓存层？（）
B.死锁
C.活锁
D.互斥锁
第二部分多选题（本题共15小题，每小题2分，共30分．在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.并行计算可以带来以下哪些好处？（）
A.提高计算速度
B.降低能耗
C.提高计算精度
D.扩展问题规模
并行计算与高性能计算考核试卷
（以下为答题纸区域，请考生在此区域作答，超出此区域作答无效。）
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.并行计算中，将一个大的任务分解成多个子任务的过程称为______。
2.在并行计算中，______是指使用多个处理器执行单个任务的不同部分。
3.高性能计算中，______是一种衡量计算机性能的指标，表示每秒能够执行的浮点运算次数。
C. CUDA
D. Java
5.并行计算中，任务分解与任务分配是（）
A.相同的过程
B.互相独立的
C.相互依赖的
D.无关的
6.以下哪个部件不是并行计算机的主要组成部分？（）
A.处理器
B.存储器
C.网络接口卡
D.显卡
7.高性能计算领域中，计算速度的主要指标是（）
A. MIPS
B. MFLOPS
C. GHz
D. OpenCL
11.并行计算中，以下哪种通信方式开销最小？（）
A.同步通信
B.异步通信
C.广播通信
D.全局通信
12.以下哪个术语不是高性能计算中的术语？（）
A.性能
B.效能
C.并行度
D.带宽
13.并行计算中，以下哪种同步机制可能会导致死锁？（）
A.互斥锁
B.条件变量
C.信号量
D.读写锁
14.以下哪个选项不属于并行计算中的数据依赖类型？（）
3. MFLOPS
4.点对点
5.数据并行
6.可扩展性
7.图形处理单元
8.互斥锁
9. SRAM
10.并发
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
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2014年《并行计算系统》复习题
（15分）给出五种并行计算机体系结构的名称，并分别画出其典型结构。
①并行向量处理机（PVP）
②对称多机系统（SMP）
③大规模并行处理机（MPP）
④分布式共享存储器多机系统（DSM）
⑤工作站机群（COW）
（10分）给出五种典型的访存模型，并分别简要描述其特点。
①均匀访存模型（UMA）：
物理存储器被所有处理机均匀共享
所有处理机访存时间相同
适于通用的或分时的应用程序类型
②非均匀访存模型（NUMA）：
是所有处理机的本地存储器的集合
访问本地LM的访存时间较短
访问远程LM的访存时间较长
③Cache一致性非均匀访存模型（CC-NUMA）：
DSM结构
④全局Cache访存模型（COMA）：
是NUMA的一种特例，是采用各处理机的Cache组成的全局地址空间
远程Cache的访问是由Cache目录支持的
⑤非远程访存模型（NORMA）：
在分布式存储器多机系统中，如果所有存储器都是专用的，而且只能被本地存储机访问，则这种访问模型称为NORAM
绝大多数的NUMA支持NORAM
在DSM中，NORAM的特性被隐匿的
3. （15分）对于如下的静态互连网络，给出其网络直径、节点的度数、对剖宽度，说明该网络是否是一个对称网络。
网络直径：8
节点的度数：2
对剖宽度：2
该网络是一个对称网络
4. （15分）设一个计算任务，在一个处理机上执行需10个小时完成，其中可并行化的部分为9个小时，不可并行化的部分为1个小时。
问：
（1）该程序的串行比例因子是多少，并行比例因子是多少？
串行比例因子：1/10
并行比例因子:9/10
如果有10个处理机并行执行该程序，可达到的加速比是多少？
10/(9/10 + 1) = 5.263
（3）如果有20个处理机并行执行该程序，可达到的加速比是多少？
10/(9/20 + 1)= 6.897
（15分）什么是并行计算系统的可扩放性？可放性包括哪些方面？可扩放性研究的目的是什么？
一个计算机系统（硬件、软件、算法、程序等）被称为可扩放的，是指其性能随处理机数目的增加而按比例提高。
例如，工作负载能力和加速比都可随处理机的数目的增加而增加。
可扩放性包括:
1.机器规模的可扩放性
系统性能是如何随着处理机数目的增加而改善的
2.问题规模的可扩放性
系统的性能是如何随着数据规模和负载规模的增加而改善
3.技术的可扩放性
系统的性能上如何随着技术的改变而改善
可扩放性研究的目的:
确定解决某类问题时何种并行算法与何种并行体系结构的组合，可以有效的利用大量的处理器；
对于运用于某种并行机上的某种算法，根据在小规模处理机的运行性能预测移植到大规模处理机上的运行性能;
对固定问题规模，确定最优处理机数和可获得的最大的加速比
（15分）给出五个基本的并行计算模型，并说明其各自的优缺点。
①PRAM：SIMD-SM
优点：
适于表示和分析并行计算的复杂性；
隐匿了并行计算机的大部底层细节（如通信、同步），从而易于使用。
缺点：
不适于MIMD计算机，存在存储器竞争和通信延迟问题。
②APRAM:MIMD-SM
优点：
保存了PRAM的简单性；
可编程性和可调试性（correctness）好；
易于进行程序复杂性分析。
缺点：
不适于具有分布式存储器的MIMD计算机。
③BSP：MIMD-DM
优点:
把计算和通信分割开来；
使用hashing自动进行存储器和通信管理；
提供了一个编程环境。
缺点：
显式的同步机制限制并行计算机数据的增加；
在一个Superstep中最多只能传递h各报文。
④LogP：MIMD-DM
优点：
可捕捉并行计算机的（同步）通信瓶颈（通过发送或接收L/g 个报文）；
可隐匿拓扑结构，路由算法和网络协议的细节；
可用于共享变量，报文传递和数据并行处理等方案。
缺点：
受限于网络的通信能力（当进行处理机数量扩充时）；
难以计算同步开销和进行算法描述和设计。
⑤C3模型
优点：
考虑了一对一和一对多的通信方案细节；
反应了受拥塞影响的计算性能。
缺点：
模型的参数较复杂；
算法的设计与分析和计算机的结构状况有关。
（15分）说明并行算法的基本设计过程。
①划分（P）
目的
开发并行性的可行性
方法
数据分解+功能分解
规划
常用的数据，通信频率的进程分为一组
判据（Check list 的设计问题）
②通信（C）
目的
根据任务执行的需要交换数据后；协调任务的执行
通信要求
在域分解中的确定通信要求
在功能分解时，容易确定通信需求
通信模式
局部通信结构化静态同步
全局通信非结构化动态异步
判据（测试表的设计问题）
③组合（A）
目的
按性能要求和时间的代价来考察前两阶段的结果对小的任务进行必要的组合以减少通信开销和提交性能
需回答8个方面的问题
判据（测试表的设计问题）
④匹配（M）
目的
将每个任务分配到一个处理机上，降低通信开销和执行时间，提高处理机利用率。