浅谈计算机并行计算的发展与展望
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摘 要 当世界上第一台电子数字式计算机ENIAC于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生时，人类的一个新的信息纪元便来临了，但人类真正地踏进信息大爆炸时代却得从1971年美国硅谷诞生的第一台微处理机说起，此时发展出的计算机并行技术大大提高了计算机处理数据的效率，至此微型计算机在社会上扩散的速度如同宇宙中小行星爆炸一般，几乎所有领域都能见到计算机的身影，从此计算机应用领域便从科学计算逐步走向了家庭。今天，我们就来谈谈计算机并行技术的发展历程与未来展望。
关键词 计算机；并行计算；发展历程
对于计算机而言，它的大脑CPU（处理机）的运行速度，它的外部设备的运行速度，数据传输的宽度，等等等等都制约着计算机的工作速度，好比人脑与外部设备，外部设备与CPU都是信息处理的载体。但其处理时间的量级却相差很大，数以倍计，从三种活动时间量级上的不匹配，人们察觉到早期的计算机就像个不上进的优秀木匠，他们干起活来毫不含糊手脚灵敏，但不主动，一个工程干完了就休息，不会主动找下一个，必须等待反应迟钝的中介机构的命令才会继续下一个工程。这便孕育了最初的并行思想。
1 并行处理，并行性与并行处理技术
我们可以了解到，所谓并行处理，是指在数据计算处理、信息加工或是人工智能求解过程中同时进行某些运算或操作以求得大幅度提升计算机系统求解问题的效率；所谓并行性，包括指多个事件在同一时刻发生（同时性）和多个事件在同一时间段内间隔发生（并发性）两个概念；而所谓并行处理技术，现阶段主要有时间并行、空间并行、时间+空间并行三大技术[1]。
2 并行处理系统的结构
随着并行这一概念的提出，相对应的系统结构也随之诞生了，现阶段到不远的将来，并行处理系统的结构主要有流水线方式、多功能部件、多处理机方式、阵列方式、数据流方式和网络分布式。在这里最具典型性的便是在时间上并行的流水线方式和空间上并行的多处理机方式。
2.1 流水线技术
谈到流水线技术，最先是受到工业流水线制造思想的启发。在工业制造中采用流水线可以提高单位时间的生产量；于是人们便思考，将这一技术运用到CPU上是否也能大幅度提高计算机运行效率呢？果不其然，流水线技术的诞生取得了巨大的成功，在CPU中采用流水线设计大幅度提高了CPU的频率，把许多指令重复的过程分解为多个小功能段，再交付给各段专用的功能块去重叠执行（时间重叠）。一条计算机指令按照固有顺序途经所有功能段，这条指令便执行完毕并获得结果。当本条指令在本段处理完毕而流入下段时，后序指令便可流入本段，无须等待前条指令整个地执行完毕。好似香槟酒杯塔，只要你源源不断地倾倒香槟酒，同层的酒杯并不需要等附近的酒杯装满后才能得到香槟，同层酒杯是被并行地装入酒。因此，在一条流水线上可以同时处理多条指令，设各段的执行时间均为一个时钟周期，则经过几个周期短暂的处理阶段之后，便可以输出一个结果，从而把指令执行时间压缩到段执行时间，这就是并行算法中的时间并行，在同一时间启动多个操作，大大提高计算效率[2]。
2.2 多处理机方式
流水线方式出现之后又出现了多功能部件和多处理机方式。多处理机的基本思想是将一个问题分为若干部分，交付给用多台处理机协同处理。比如一叠一千张的传单，甲分发这些传单需要一整天，于是为了快速达成老板的要求，工作时他叫来了他的好朋友乙丙丁三人，四人同时分发这些传单，最终只需要六小时就完成了工作，这就是并行技术中的空间并行，将一个大问题分解为多个相同的子问题来加快问题解决速度，由此把多台处理器通过网络连接在一起，达到同时计算同一个任务的不同部分或单个处理机无法解决的大型問题，由此便产生了多处理机方式。而后在并行处理机上发展出的分布式云计算技术是继20世纪80年代计算机到客户端-服务器的大转变之后的一大巨变。并行处理技术对云计算的发展有着有巨大的功劳。
3 并行处理、云计算，分布式的联系
谈到分布式与云计算与并行处理的联系，我们首先需要知道什么是云计算与分布式，那么什么是云计算呢？这里的“云”是取“如云彩般弥漫、无处不在”之意，而云计算简单地解释便是“无处不在的计算”，作为并行技术的变种，云计算通过多处理机共享资源协同计算，大大提高了数据的交互性与计算效率；而什么是分布式呢？计算机操作系统方向的科学家Andrew S.Tanenbaum（AST）是这样描述的“分布式系统运行在不具有共享内存的多台机器上，但在用户的眼里却是一台计算机”，由此看来分布式与云计算都是在并行的基础上发展起来的，但具体定义与实现方式并不是完全相同的。
4 结束语
对于并行计算的发展，我们应该知道并行计算实现的基础是硬件，因此硬件的发展与计算机并行计算的发展是密不可分的。每一次硬件的革新推进了计算能力的大幅增长。现今，在单台计算机对于整体计算性能的提升变得困难时，就发展出了如分布式计算，云计算的这些并行计算的新型变种。1989年，丹尼·希利斯做了一个大胆的预测，他说，到1995年，世界上并行处理计算机的使用将会超过传统计算机。这位美国科学家对其预测非常有信心，以至于将他的公司的前途全都寄托在一台取名叫“连接机器”的并行处理计算机上。 连接机器是由彼此连接的数万个微处理器构成的并行处理计算机，它能将大量运算分解成若干工作量比较小的部分，各部分分给不同的处理机同时进行计算。对此我认为，从单台计算到分布式计算，云计算，而后随着硬件的不断发展，并行计算的发展还存在大量的空间。
参考文献
[1] 尉青青.并行计算机系统及发展趋势[J].工程技术（文摘版）·建筑，2016，（4）：00225-00225.
[2] 翁爱民.当代计算机体系分析及其发展趋势[J].时代金融，2006， （12）：109-110.
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