由： 乔纳森·斯特里克兰

　　计算能力都归结为处理器。

　　美联社照片/杰伊·拉普雷特如果 计算机 是人类，那么它的 中央处理单元 (中央处理器)将是它的大脑。中央处理器是一个 微处理器 -- 芯片上的计算引擎。虽然现代 微处理器 很小，它们也很强大。他们每秒可以解释数百万条指令。即便如此，仍有一些计算问题非常复杂，以至于强大的微处理器需要数年才能解决。

　　计算机科学家使用不同的方法来解决这个问题。一种潜在的方法是推动更强大的微处理器。通常这意味着找到适合更多的方法 晶体管 在微处理器芯片上。计算机工程师已经在构建只有几十个晶体管的微处理器 纳米 宽。纳米有多小?它是十亿分之一米。红细胞的直径为2，500纳米 - 现代晶体管的宽度只是该尺寸的一小部分。

　　构建更强大的微处理器需要密集而昂贵的生产过程。即使有更强大的微处理器，一些计算问题也需要数年才能解决。部分由于这些因素，计算机科学家有时会使用不同的方法： 并行处理.

　　通常，并行处理意味着至少两个微处理器处理整个任务的一部分。这个概念非常简单：计算机科学家使用专门为该任务设计的特殊软件将复杂问题划分为多个组成部分。然后，他或她将每个组件部件分配给专用处理器。每个处理器都解决其整体计算问题的一部分。该软件重新组合数据以得出原始复杂问题的最终结论。

　　这是一种高科技的说法，如果可以分担负载，则更容易完成工作。您可以将负载分配给位于同一台计算机中的不同处理器，也可以将多台计算机联网并在所有计算机之间分配负载。有几种方法可以实现相同的目标。

　　并行处理有哪些不同的方法?在下一节中找出答案。

　　并行处理方法

　　要理解并行处理，我们需要查看四种基本的编程模型。计算机科学家根据两个因素定义这些模型：数量 指令流 和数量 数据流 计算机处理。指令流是 算法.算法只是旨在解决特定问题的一系列步骤。数据流是从计算机内存中提取的信息，用作算法的输入值。处理器将数据流中的值插入到指令流中的算法中。然后，它启动操作以获取结果。

　　单指令，单数据 (西斯德) 计算机 有一个处理器一次使用一个数据源处理一种算法。计算机按顺序处理和处理每个任务，因此有时人们使用”顺序“来描述 SISD 计算机。它们无法自行执行并行处理。

　　多指令，单数据 (误检失误) 计算机具有多个处理器。每个处理器使用不同的算法，但使用相同的共享输入数据。MISD计算机可以同时使用几种不同的操作来分析同一组数据。操作数取决于处理器数。MISD计算机的实际例子并不多，部分原因是MISD计算机可以计算的问题不常见且专业。

　　单指令，多数据 (单程) 计算机具有多个遵循同一组指令的处理器，但每个处理器在这些指令中输入不同的数据。SIMD 计算机通过相同的算法运行不同的数据。这对于基于相同条件分析大块数据非常有用。许多复杂的计算问题不适合这个模型。

　　多指令，多数据 (MIMD) 计算机具有多个处理器，每个处理器都能够独立于其他处理器接受自己的指令流。每个处理器还从单独的数据流中提取数据。MIMD 计算机可以同时执行多个不同的进程。MIMD 计算机比 SIMD 或 MISD 计算机更灵活，但创建使这些计算机工作的复杂算法更加困难。 单个程序，多个数据 (SPMD) 系统是 MIMD 的子集。SPMD 计算机的结构类似于 MIMD，但它在所有处理器上运行相同的指令集。

　　在这四种计算机中，SIMD 和 MIMD 计算机是并行处理系统中最常见的型号。虽然SISD计算机无法自行执行并行处理，但可以将其中的几个计算机联网成一个 簇.每台计算机的 CPU 都可以充当较大并行系统中的处理器。这些计算机一起充当一台超级计算机。此技术有自己的名称： 网格计算.像 MIMD 计算机一样，一个 网格计算 使用正确的软件，系统可以非常灵活。

　　并行处理系统如何解决计算问题?在下一节中找出答案。

　　意见分歧

　　有人说网格计算和并行处理是两个不同的学科。其他人则在 高性能计算.一些人同意并行处理和网格计算是相似的，并且朝着 收敛，但目前仍然是不同的技术。

　　并行处理计算

　　单独地，每个处理器的工作方式与任何其他处理器相同 微处理器.处理器按照 汇编语言.根据这些指令，处理器对从中提取的数据执行数学运算 电脑内存.处理器还可以将数据移动到不同的内存位置。

　　在顺序系统中，如果数据值因处理器操作而更改，则不是问题。加工商可以将新价值纳入未来的流程并继续前进。在并行系统中，值的更改可能会出现问题。如果多个处理器处理相同的数据，但数据的值随时间变化，则冲突的值可能会导致系统摇摇欲坠或崩溃。为了防止这种情况，许多并行处理系统使用某种形式的 消息 处理器之间。

　　处理器依靠软件来发送和接收消息。该软件允许处理器将信息传达给其他处理器。通过交换消息，处理器可以调整数据值并保持彼此同步。这很重要，因为一旦所有处理器完成其任务，CPU 必须将所有单独的解决方案重新组合成原始计算问题的整体解决方案。把它想象成一个拼图——如果所有处理器保持同步，拼图的各个部分就会无缝地组合在一起。如果处理器不同步，拼图的各个部分可能根本不适合在一起。

　　有两个主要因素会影响系统性能： 延迟 和 带宽.延迟是指处理器将结果传输回系统所需的时间。如果处理器运行算法所花费的时间少于将结果信息传输回整个系统的时间，那就不好了。在这种情况下，顺序 计算机 系统会更合适。带宽是指处理器在特定时间内可以传输多少数据。一个好的并行处理系统将同时具有低延迟和高带宽。

　　有时，并行处理并不比顺序计算快。如果计算机的 CPU 重新组装所有单独的并行处理器解决方案需要很长时间，则顺序计算机可能是更好的选择。随着计算机科学家改进并行处理技术和程序员编写有效的软件，这可能不再是问题。

　　要了解有关并行处理的更多信息，请点击下一页上的链接。

　　你在接待我吗?

　　消息交换系统有时称为 消息传递接口 (MPI).一个好的 MPI 只向需要知道共享数据价值的处理器发送消息。另一种方法是向系统中的每个处理器发送消息，这可能会降低系统性能。