并行计算技术与并行算法综述_胡峰概要

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35、及与或等 关系构成的状态空间树如图。，“一个或多个最优(或次优解的寻 求过程即“”从8集合S中找出所有的(可能不止一个满。所示树的根 节点代表待求解的原始问题内节点代表求解的子问题叶节点代表向 题的；解状态两分支之间(或多分支之间有弧“，足条件的对象的过程 组合搜索又可进一步。分为组合判定和组合优化，前者是寻求所有、 满足约束条件的可行解后者则是寻求满足U标志的为与节点而无弧 标志的则为”“条件的最优解。一或节点”。a纵以八八爪八与树；了 b八爪八八C 一从八八或树；与或树图8状态空间树3 w “” a h e t , a l (1955 ,描绘了组合搜索问D I M题与树多步处理方法指出在S

36、模型并 行处理的软件设计对于一个大而复杂的信息处理与数值计上进行与 树并行搜索所经历的三个基本过程即启动计算和组合求解n ,、o ” 对于搜索一棵：I算法问题当采用传统的S N e u , SD方式在V on ,-层的 二元与树所需时间满足如下关系2|、| l m a n串行计算机上难以顺利 完成时人、S ( n，+ , 2,1 ( 了 , Z't、皿产n普，+ C ( n , 们总' 是寄希 望于速度更快功能更强大的并(13 0( 1 ( 1该时间算式是一递归表达式 其中,n行处理技术。o S (n o在由多处理器组成或藕合而成的并行机 上采用并行算法计算或求解时人们必须将,

37、和C( n分别式启动和组合 阶段所需的时间“ ”对于或树的并行搜索算法较流行的是基干各节 点的代价函数L C 一搜索(最小o代价搜索算法M。提出的算法翻译成 机器能接收的一组指令题。，即面临着并行处理技术的软件设计与实 现问1编程语言(h a n ( 1 9 8 3专门设计了两组可用于M I M D模型的并 行算法及其详细处理流程。并行机并行效率的高低在很大程度上取 决于软件，。至于与或树的搜索算法目前文献中“ ”软件操作系统和编 译系统的并行I , 69提出讨论得比较多的是基于极大极小原理的尽搜索 算法。2 一化研究在并行机研制的初期就为人们所重视A b e I和B u 击u ik等人（了可

38、供S te A k I、（ 1989在并行算法的设计D 一 ERE。与 分析中详细介绍了在M I M w模阵列处理机用的编程语言F o r tr a n T ra n q u I i , e n v s型上2 一日搜索算法的设计方法（1 9 7 4发表了用于IL L I A C I V并行机的以I和为基础的编程语言C F （ 197 5 5 D , P a u w电脑与 信o I i s o n推出了用于向量矩阵阵列处息技术1 9 9 9年第期理的试验语言v e e t r a n。种功能但它比此之外还有,CF T t ev en z。 编译程序更加成熟除；近二十多年来并行化语言的开发主要沿着

39、老语 言扩充新语言开发和智能编译三、,S （ 1 9 7 4的C F D和IC L （19 79的D A P条途径进行在老语言扩充方面先后提出了可以用于充F o r t r a n。，基 于这种应用软件并行化开发思路的并Ca r y x , 一 m p等的多任务并发式 扩e x行处理技术不但适合于语言、,F r o t r a n语言在,C语言可用于F I o n u r n c统的同步c语言c e c o r语言V e t . t / 32等多机系c和支持流水C , P s c a a I语言和A D A语言等高级语言。中也取得了成功,直接用并行语 言开发并行。线处理机或阵列机进行向量处理的

40、向量C处理软件即在源 程序级上就考虑编程的并等等在新语言的开发方面；行化这是并行处 理软件设计的又一途径在I M S用。近年来先后推出了并行r e n P、s a c a I语言C o c n盯e - D型机上将数组作为并行数据目标数,t、P a s e a I、并行；A da M o d u Ia 一 2和O ,-组引用意味着对整个数组每个元素的 同时引直观地说对于一个二维数组A如果调,a m c CS P、V A L等在智 能编译方面研究者试图在传统的C y be ' Fo r r t n源程序与并行机器代a , 用A则意味着引用整个矩阵参加计算；调用A i （码之间架起一座桥梁现

41、 已推出的CFT和r则意味着引用矩阵A的第i A （户意味着调用矩。行元素； 一 2 05用的K a p。/ 2 0 5编译程序属于这,调用元素，阵A第j列的所有方 面比较成功的典例特别值得一提的是根据O c “ Ha o r的c s P W e th e , r e II （ 1 9 8 0 Ca r y成功地提出了这种并,语言模型而设计出的并发式程序 设计语言m ,行方法并在出了 F o 1并行机上得以实现推r n它与T a s。p u te r芯片的结合可获得t a r r n语言并行化的一个扩充版本t极高效率 比较完整地建立起了基于F o r r a n的阵列处V e e (2并行处理

42、应用软件 的开发理技术 行F、。比C r a y 一 1 Fo , r t r a n语言更早的并tr a n采计 算时用V , o n N e u m a n n型计算机进行科学,o r tr a n语言中较受关注的 是IBM F r o t r a n语言是公认使用最广泛功。语言它既是向量/矩阵 阵列处理时的一个试验性语言也是对，能比较完善的高级语言因其易 学易用至今仍为人们所接受F , Fo r t r a n IV语言的适。r o , t r a n语言不 但有自己。当扩充主要体现在对数组和向量处理方面处理。一套严格 的语言规则还有一系列逐步完善起来的软件开发思路和辅助工具自，它 可以

43、把数组或其一部分作为数据目标进行P a u 19 50年I和w。 io Is on (1 9 7 8曾对V e e t r a n以来的近半个世纪时间里该语言在科研和语言 及其用于科学计算问题的编程进行了较全面的介绍，工程领域中已形 成了数量十分巨大的各类通用或专用数据处理软件包，。至于M I M D 模型下并行处理软件的设F基于此不难设想如果能在采用t ra n , r o -计 近年来也有不少成果见诸文献Q u in 一。例如，语言编写的源程序和并 行机上的目标,n和Ha te h e r在 2990年的国际计算机码之间建立起一种 并行化编译系统这也许是并行处理应用软件开发丝量直 接途径即

44、：语 言会议上介绍了为M IM D结构编译I M S的D程序的方法。至于心动 阵列或更一般,巨亚囚牛 区习冷两涵门图9 V LS I阵列模型并行处理软件 的设计近c C a十几年来也有大量研究成果出现特别是前面提到的o m 并行化编译流程图语言以及采用该语言进行,。,Ca r y 一 1 C FT 一就是 具有这种功能的一 F并行化程序设计的原理和方法都有不少专套编 译系统它可将C r a r o , r a 丁 1源程序转换成B S I著面世。限于篇幅在此 不再赘述5 y文件；A u s t in ( 1 9 7 9的亦具有这年第期电脑与信息技 术1 9 9 96陈景良金,.并行数值方法.清

45、华大学出版社.,19 8 3 4结束语并行 技术是新一代计算机结构体系研究7兰等，并行处理计算机结构并行处 理语言北京国防工业出：版社8 1982 .和应用研究的前沿也是计算数学 领域新兴,李保根等学出版社,O c a m及其应用.东南大1990 .的有广泛应 用前景和背景的分支，、o近三十年。9周树荃等，有限元结构分析并行 计算向量算法与并行算法一 科学出版社，来该技术取得了十分迅速 的发展无论是在计算机设备的研制软件环境和编程语言的开发方面 还是并行算法的研究和探索方面，1994 0 1张丽君 金绥更，国防工业山 版社n ,1993，都有大量的成果投入实用或见诸文献，、o张宝琳报,发展 并

46、行数值方法：高等学校计算数学学19 9 7 ( 1 ,不过并行技术作为一个 新兴学科因其发展历史不长无论是设备研制语言开发还是方法研究 都还处在逐步形成和完善阶段。，2 1康立山等19 8 8 ( 34 :.并行算法 简介r t :.数值计算与计算机应用，13 Cyph t a to n e r , Ro be Th e r e S IM D M , o de l r , o f P , a ra II e l Co 孟“沙-参考文献 1 i , S p r i li g u e r V S n Ila g N e w Yo k I x ac a 1 99 4 14 G fo r . U a

47、. Seh e n de l In te r s : tr o du e t o n i t o N o o u m、e r ie a l M e , e t h od fo r P a r - B o P de t , D . te v e n s o n , ( p t im l S o r t n i g xn A!90 u te r s ,厂互 t、n 全:5 a r a l le l C o p u t e r s , IE E E T r a n s Co p 19 7 匕,ll e l C . o mpu n : , E l lis H o r w d l in l it , d 1984 y