并行處理技術(shù)及其在c3i系統(tǒng)中的應(yīng)用

《并行處理技術(shù)及其在c3i系統(tǒng)中的應(yīng)用》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、并行處理技術(shù)及其在C3I系統(tǒng)中的應(yīng)用海軍大連艦艇學(xué)院二系火控教研室　　王基組摘要：本文闡述了并行處理技術(shù)的產(chǎn)生、基本思想、研究內(nèi)容及其在第五代計(jì)算機(jī)中的地位；介紹了科學(xué)和工程計(jì)算中對大規(guī)模并行處理的需求－－科學(xué)和工程計(jì)算中十二個(gè)重大挑戰(zhàn)。在并行處理技術(shù)必要性和重要性論述之后，探討了并行處理技術(shù)與C3I系統(tǒng)的關(guān)系；介紹了并行處理技術(shù)在國外C3I系統(tǒng)中的應(yīng)用；最后對并行處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在我海軍C3I系統(tǒng)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。結(jié)論是：在當(dāng)前的技術(shù)條件下，我們開展并行處理技術(shù)應(yīng)用的研究不僅是裝備發(fā)展的需要，同時(shí)在技術(shù)上也是可行的。一、并行處理技術(shù)并行處理(ParallelProc

2、essing)的基本思想是：將常規(guī)由單處理器處理的任務(wù)分成Ｎ個(gè)獨(dú)立的子任務(wù)，然后用Ｎ個(gè)處理器并行處理這Ｎ個(gè)子任務(wù)，使得處理速度在理想條件下為串行處理的N倍，從而達(dá)到加快處理速度的目的。并行處理技術(shù)是在人們探索提高數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理速度過程中誕生的。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，VLSI技術(shù)出現(xiàn)后，人們發(fā)現(xiàn)：盡管計(jì)算機(jī)硬件速度已經(jīng)提高了七個(gè)數(shù)量級，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理速度在某些高速大計(jì)算量領(lǐng)域中如天氣預(yù)報(bào)、VLSI電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、大型數(shù)據(jù)庫的管理、犯罪控制、戰(zhàn)略防御計(jì)劃、人工智能、圖象信號處理、語音信號處理等仍顯不足。其原因是大多數(shù)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)屬于常規(guī)的馮·諾依曼(vonNeumann)型結(jié)

3、構(gòu)，即計(jì)算機(jī)是由單個(gè)處理器和一個(gè)大容量的存儲器連接構(gòu)成的。處理器接受來自存儲器的順序指令流，每一條指令都被譯碼、執(zhí)行。運(yùn)行結(jié)果返送到存儲器。這一過程反復(fù)進(jìn)行，直到所有的指令都被執(zhí)行為止。這種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式存在的主要問題是：指令的串行執(zhí)行是高速處理的一個(gè)主要瓶頸，因而計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力受到一個(gè)基本限制。第二個(gè)問題是在許多典型的計(jì)算機(jī)中，處理器與存儲器是分開的，它們由很長的通訊線連接起來。這樣處理器/存儲器的帶寬就由與這些連線有關(guān)的RC時(shí)間常數(shù)所確定。對大多數(shù)電路而言，這一時(shí)間常數(shù)是相當(dāng)大的，嚴(yán)重影響高速處理的實(shí)現(xiàn)。為了克服常規(guī)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的固有缺陷，人們產(chǎn)生了并行處理的思想，形

4、成了并行處理技術(shù)，并研究以并行處理技術(shù)為基礎(chǔ)的新型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。我們可以說，并行處理技術(shù)是四十年來微電子學(xué)、印刷電路、高密封裝、高級處理器、存儲器系統(tǒng)、外圍設(shè)備、通信信道、計(jì)算機(jī)語言進(jìn)化、編譯器尖端化、操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)環(huán)境和應(yīng)用的挑戰(zhàn)等學(xué)科研究和進(jìn)步的綜合結(jié)果。并行處理技術(shù)是近三十年來計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程領(lǐng)域中的重點(diǎn)研究課題。其研究內(nèi)容包括并行操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制、并行算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、并行計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、并行處理語言設(shè)計(jì)、并行編譯器設(shè)計(jì)、并行接口和并行計(jì)算機(jī)網(wǎng)設(shè)計(jì)等。并行處理技術(shù)的核心就是在計(jì)算過程的各階段中實(shí)現(xiàn)最大的并行化，即在算法設(shè)計(jì)階段、程序設(shè)計(jì)階段、編譯階段以及運(yùn)行階段實(shí)現(xiàn)

5、并行化。因此，需要一個(gè)理想的并行編程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)并行編程語言、編譯器以及并行開發(fā)工具與機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)獨(dú)立，從而方便并行計(jì)算機(jī)的開發(fā)和使用。并行處理技術(shù)是第五代計(jì)算機(jī)即智能計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。并行處理是第五代計(jì)算機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。我們知道，第五代計(jì)算機(jī)主要是以VSLI為硬件基礎(chǔ)，它能在一定程度上模仿人的思維和記憶，具有推理、學(xué)習(xí)和聯(lián)想的功能；它可以使用數(shù)字、符號、圖形、圖象以及人類的自然語言，運(yùn)用存儲的知識去解決實(shí)際問題。第五代計(jì)算機(jī)的處理速度要比常規(guī)計(jì)算機(jī)高一千倍，能做每秒一億次到十億次邏輯推理操作，相當(dāng)于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的每秒一百億次至一千億次的邏輯操作。第五代計(jì)算機(jī)的存儲容量可達(dá)

6、一百億至一千億字節(jié)。因此，第五代計(jì)算機(jī)的處理方式不能采用傳統(tǒng)的串行處理，而采用分布式并行處理。目前，并行處理研究的一個(gè)重要方向是大規(guī)模并行處理技術(shù)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。大規(guī)模并行處理的定義是隨時(shí)間發(fā)展而變化的。就當(dāng)前的技術(shù)水平而言，任何含有成百上千個(gè)處理器的并行處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都可以認(rèn)為是大規(guī)模并行處理系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模并行處理系統(tǒng)的并行度將逐步提高。大規(guī)模并行處理是解決人類在科學(xué)和工程領(lǐng)域中所面臨的重大挑戰(zhàn)問題的唯一途徑。美國在高性能計(jì)算機(jī)和通信計(jì)劃中列舉了十二個(gè)重大挑戰(zhàn)問題，它們分別是：１、磁記錄技術(shù)。磁記錄工業(yè)將依靠使用計(jì)算機(jī)去研究靜磁性和磁交換相互作用，以便減小磁

7、盤上的金屬鍍膜的噪聲。２、合理的藥物設(shè)計(jì)。使用計(jì)算機(jī)輔助癌癥和愛滋病治療的研究，找到治這兩種頑癥的藥物。目前使用高性能計(jì)算機(jī)已鑒別出阻止HIV病毒蛋白酶作用的新的潛在劑。３、高速運(yùn)輸。在超級計(jì)算機(jī)上求解流體動(dòng)力學(xué)方程，研究超音速的民用運(yùn)輸機(jī)。４、催化劑研究。利用高性能計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)催化劑，用于許多由酶催化控制的生物學(xué)過程。為了減少催化劑設(shè)計(jì)及其性能優(yōu)化的時(shí)間，需要進(jìn)行大規(guī)模并行量子模型的仿真計(jì)算。５、燃料燃燒。使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，設(shè)計(jì)出更好的發(fā)動(dòng)機(jī)模型，提高燃料的燃燒效率。６、