並行計算——理想的PRAM模型


  PRAM(Parallel Random Access Machine)模型是多指令流多數據流(MIMD)並行機中的一種具有共享存儲的模型。它假設有一個無限大容量的共享存儲器,並且有多個功能相同的處理器,在任意時刻處理器可以訪問共享存儲單元。根據是否可以同時讀寫,它又分為以下三類:PRAM-EREW,PRAM-CREW,PRAM-CRCW(其中C代表Concurrent,意為允許並發操作,E-代表Exclusive,意味排斥並發操作)。在PRAM中有一個同步時鍾,所有的操作都是同步進行的。

理想的PRAM

  • n個處理器可訪問無限的共享存儲單元
  • 每個處理器有無限的私有存儲單元
  • 一步計算分為三個階段:讀階段、計算階段、寫階段
  • 每一步計算允許任意數量的局部計算
  • 理想PRAM模型反映了通信的限制
  • 理想PRAM模型的下界對於標准PRAM模型同樣成立

PRAM模型的優點

  PRAM模型特別適合於並行算法的表達、分析和比較,使用簡單,很多關於並行計算機的底層細節,比如處理器間通信、存儲系統管理和進程同步都被隱含在模型中;易於設計算法和稍加修改便可以運行在不同的並行計算機系統上;根據需要,可以在PRAM模型中加入一些諸如同步和通信等需要考慮的內容。

PRAM模型的缺點

  • 模型中使用了一個全局共享存儲器,且局存容量較小,不足以描述分布主存多處理機的性能瓶頸,而且共享單一存儲器的假定,顯然不適合於分布存儲結構的MIMD機器;
  • PRAM模型是同步的,這就意味着所有的指令都按照鎖步的方式操作,用戶雖然感覺不到同步的存在,但同步的存在的確很耗費時間,而且不能反映現實中很多系統的異步性
  • PRAM模型假設了每個處理器可在單位時間訪問共享存儲器的任一單元,因此要求處理機間通信無延遲、無限帶寬和無開銷,假定每個處理器均可以在單位時間內訪問任何存儲單元而略去了實際存在的,合理的細節,比如資源競爭和有限帶寬,這是不現實的
  • PRAM模型假設處理機有限或無限,對並行任務的增大無開銷;
  • 未能描述鎖線程技術和流水線預取技術,而這兩種技術又是當今並行體系結構用的最普遍的技術.

各種計算模型比較

加速比 

  加速比以如下公式定義:
其中:
 


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