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高性能计算与云计算练习题 1. 解释以下基本概念 HPC, HPCC, Distributed computing, Cloud computing MIMD, SIMD, SISD HPC:High Performance Computing 高性能计算，即并行计算。在并行计算机或分布式计算机等高性能计算系统上所做的超级计算。 HPCC：High Performance Computing and Communication 高性能计算与通信。指分布式高性能计算、高速网络和Internet的使用。 Distributed computing： 分布式计算。在局域网环境下进行的计算。比起性能来说，它更注重附加功能。一个计算任务由多台计算机共同完成，由传统的人和软件之间的交互变成软件和软件之间的数据交互。 Cloud computing：云计算（Cloud Computing）是一种新兴的商业计算模型。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。 MIMD：多指令多数据流。每台处理机执行自己的指令，操作数也是各取各的。 SIMD：单指令多数据流。所有“活动的”处理器在同一时刻执行同一条指令对多个数据流进行操作。 SISD：单指令单数据流。传统的串行处理机。CPU执行单一的指令流对单一的数据流进行操作。 2. 试比较PVP、SMP、MPP、DSM和Cluster并行机结构的不同点，以典型系统举例说明。 3. 列出常用静态和动态网络的主要参数（节点度、直径、对剖带宽和链路数）以及复杂度、网络性能、扩展性和容错性等。常用的标准互联网络有哪些？ 答：静态网络（Static Networks）是指处理单元间有着固定连接的一类网络，在程序执行期间，这种点到点的链接保持不变；动态网络（Dynamic Networks）是用交换开关构成的，可按应用程序的要求动态地改变连接组态。 典型的静态网络有一维线性阵列、二维网孔、树连接、超立方网络、立方环、洗牌交换 网、蝶形网络等；典型的动态网络包括总线、交叉开关和多级互连网络等。 下面我们比较在可扩展计算机平台或计算机机群系统中为了实现系统动态互连，系统总 线、多级网络和交叉开关的硬件需求和潜在的性能。 代别 类型 以太网 10BaseT 快速以太网 100BaseT 千兆位以太网 1GB 引入年代 1982 1994 1997 速度（带宽） 10Mb/s 100Mb/s 1Gb/s 最 大 距 离 UTR（非屏蔽双扭对） 100m 100m 25－100m STP（屏蔽双扭对） 同轴电缆 500m 100m 25－100m 多模光纤 2Km 412m（半双工） 2Km（全双工） 500m 单模光纤 25Km 20Km 3Km 主要应用领域 文件共享， 打印机共享 COW计算， C/S结构， 大型数据库存取等 大型图像文件， 多媒体， 因特网， 内部网， 数据仓库等 常用的标准互联网络有： FDDI：光纤分布式数据结构 采用双向光纤令牌环可提供100~200Mb/s数据传输。双向环可提供冗余通路，以提高可靠性。缺点是不能支持多媒体信息流。 其他还有快速以太网，Myrinet，HiPPI(高性能并行接口)，ATM（异步传输模式），Scalable Coherent Interface (SCI)，Quadrics Interconnect (QsNet)，InfiniBand 4. 比较并行计算模型PRAM、BSP和logP。评述它们的差别、相对优点以及在模型化真实并行计算机和应用时的局限性。 1）PRAM模型：并行随机存取机器，也可称为共享存储的SIMD模型。 特点：假定存在着一个容量无限大的共享存储器，有有限或无限个功能相同的处理器，且均有简单的算术运算和逻辑判断功能。在任何时刻各处理器均可通过共享存储单元相互交换数据。 优点：特别适合于并行算法的表达、分析和比较；使用简单，很多诸如进程间通信、存储管理和进程同步等并行机的低级细节均隐含于模型中；易于设计和稍加修改便可运行在不同的并行机上；且有可能在PRAM模型中加入一些诸如同步和通信等需要考虑的问题。 缺点：PRAM是一个同步模型，这意味着所有指令均按锁步方式操作；用户虽感觉不到同步的存在，但它的确是很费时的；共享单一存储器的假定，显然不适合分布存储的异步的MIMD机器；假定每个处理器均可在单位时间内访问任何存储单元而略去存取竞争和有限带宽等是不现实的。 2）BSP模型：“大” 同步模型，是个分布存储的MIMD计算模型。 特点：BSP将处理器和选路器分开，强调了计算任务和通信任务的分开，而选路器仅施行点到点的消息传递，不提供组合、复制或广播等功能，这样做既掩盖