节的安排第二章计算机系统性能参数的研究计算机系统性能参数分析与选取性能参数及选取分析性能测试方法多核环境下描述性能的新参数多核性能评价及局限核贡献率的定义及其标准核贡献率参数的意义基于多核的计算机系统的关键技术存储结构互连结构提高核贡献率的技术本章小结第三章计算机系统速度的研究提升计算机速度的方法研究提高速度的关键技术多核架构对速度的影响多核并行程序设计基础知识设计策略设计模式多核并行程序算法并行算法设计现有计算模式算法性能评价种基于模式的多核并行程序开发方法开发基础实现步骤本章小结第四章多核并行蒙特卡洛求实例蒙特卡洛算法蒙特卡洛算法概述万方数据蒙特卡洛算法思想多核并行蒙特卡洛求算法问题描述串行蒙特卡洛算法并行蒙特卡洛算法实验验证及结果分析系统开发环境并行计算环境结果与分析本章小结第五章多核并行主题爬虫设计实例主题爬虫相关主题爬虫概念关键模块多核并行主题爬虫算法设计单线程主题爬虫流程多核多线程并行算法实验验证及结果分析系统开发环境多核多线程并行环境实验验证与结果分析本章小结第六章总结与展望工作总结工作展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写的论文附录攻读硕士学位期间参加的科研项目致谢万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论计算机的诞生开启了个新时代，信息处理变得简单而快捷，这也极大的推动了人类文明向前迈进。社会各个领域对先进计算工具的迫切需要，正是推动计算机技术发展的根本动力。人们在应用计算机过程中对速度和精度的追求，促使计算机不断的提高自身性能，与之而来的是计算机技术跨越式发展。器件技术的进步给计算机性能的提高创造了条件，成为推动计算机发展的源动力，也带来了计算机技术的革新，每次技术变革都带来了计算机性能的极大提高。单核发展陷入瓶颈催生了多核，这为提高计算机性能提供了个新的发展方向。以对称多处理机系统为代表的多核体系结构逐步代替原有的并行多处理机，并且在近年来得到大力推广。多核环境下体系结构并行程序等研究正逐步成为研究热点，这也标志着提升运算速度提高计算机性能踏上了新的征程。课题研究背景大规模集成电路技术的进步给电子计算机带来了新的变革，其中，以多核并行计算机为代表的高性能计算机得到了大力发展，计算速度达到并突破了每秒万万亿次，这也给需要大规模信息处理的科学实验创造了条件，解决了过去研究无法实现的大规模计算问题。高性能计比较，得出充分利用多核中每个核资源的重要性。接着对现阶段提高核贡献率提升系统性能的技术做了概述。计算机系统性能参数分析与选取性能参数及选取分析影响计算机系统性能的因素大体分为两类硬件方面的和软件方面的。硬件方面包括处理器高速缓存存储器接口等等而软件方面则包括了操作系统编译库运行器等等。其中，性能与主频及多核结构有关，而应用程序又与实现代码系统调用等因素有关，因此影响计算机系统性能的因素众多且关系复杂。计算机系统性能以执行应用程序时间的多少为评价标准，而性能又与包括在内的因素存在函数关系，例如数目提高，计算机性能也能进行定程度的提高。对不同计算机要评判性能优劣，则需要综合各种因素。所以可以建立以下模型性能，体系结构，操作系统，编译器选择评判的性能参数需要综合考虑上述模型，可以从以上四个影响计算机性能的角度进行制定。其次，通常评价台计算机性能优于另外台计算机，究其根本还是任务执行时间的长短。计算机是个整合各种资源的复杂系统，每个程序的执行都会占用部分系统资源，这意味着我们需要把个给定的应用转换成组对系统资源的要求，这样就能从应用程序执行的快慢转化到系统资源的利用率。再者，选取合适的性能参数要从整个系统出发，首先是能描述整个系统特征的指标，其次是能阐明整个系统价值的参数，再者就是能发现整个系统发展方向的性能参数。参数的选取又分为定量分析和定性分析两种，定性分析指的是通过归纳总结为基础，分析逻辑上联系产生结论，结论往往存在必然性。而定量分析则是通过分析相关要素间严格的数学关系，得出精确的参数值。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章计算机系统性能参数的研究性能测试方法基准程序测试法是种标准程序常用于测试计算机性能。它通常取程序中最核心的部分作为测试的重点，通过运行系列不同的程序的并测量时间，通过时间长短对比，得到个相对公平的性能评价。基准程序的种类较多，侧重点各不相同，既包括方面的，也包括存储器等等其他方面的，这样覆盖的范围比较大，因此测试时要选好对应器件的基准程序。基准程序法是目前致承认得测试性能得较好方法，有多种多样的基准程序，如主要有测试整数性能的基准程序测试浮点性能的基准程序等等。基准程序是的缩写，是个全球性的权威的第三方应用性能基准测试组织，它旨在确立修改以及认定系列服务器应用性能评估的标准。由于不仅体现了软件和硬件的综合性能，还直接反应了成本估值，所以包括金融在内的发达行业的用户通常选择基准程序为测试标准。多核环境下描述性能的新参数多核性能评价及局限在分析多核计算机性能时，经常用的参数就是计算机运算速度，般采用“等效指令速度描述法”。根据不同类型指令在使用过程中出现的频繁程度，乘上不同的系数，求得统计平均值，这时所指的运算速度是平均运算速度。由于多核集成方面的技术简单等优势，核的数目也越来越多，由年第名的个核到个核，核的数目变为原来的约三千倍，速度也得到了大规模提高。提高核的数目，以成为现在提升计算机性能的重要手段。多核给计算机运算速度带来了极大提高，现有的高性能计算机几乎全是多核架构，但每台计算机所用核的数目不全相同，带来的效果也是各不相同。从容易发现，有的机器所用核的量很大，但速度不及核数少的即使所用处理器的主频相同，也有很大的区别。显然，产生这些差异的原因是多方面的，如机器的体系结构互联方式存储器结构系统软件等。但有个问题是存在的，即在采用多核的机器中，是不是每个核都充分地发挥了作用万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章计算机系统性能参数的研究核贡献率的定义及其标准为了进步研究，我们选取年月前二十名为研究对象。运算速度第二名的最快速度为千万亿次，核的数目为个而速度第三名的最快速度为千万亿次，数目多达个，第二名速度高于第三名，但核的数目却少于第三名，显然对于高性能计算机多核架构中，每个核利用的程度不样造成了核数目多不定数目快，基于此我们做如下定义定义，单位为每核，并称之为颗平均速度，以此衡量每颗核对机器速度所作的贡献。是系统能达到的最快速度，而代表了系统所用内核的总数。以最近的的数据进行统计，表给出了速度排名前的统计数据，数据显示并不是总速度快的机器单个核利用率就高，因此总速度仍有提升空间。表年月前的值排名和速度排名速度排名值值排名图是值排名与速度排名对比图，数据以的数值大小进行排名，并与对应机器的速度排名做比较，发现并不吻合。值时反映单个核对速度的贡献，对于机器来说即使速度更快，但单个核的利用率仍有提高的空间。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章计算机系统性能参数的研究名次值值曲线速度曲线图值排名与速度排名对比图颗平均速度的名次与速度对应的名次并不相符，其中采用单核处理器地球模拟的，名列第，这说明每颗核对速度贡献中地球模拟器遥遥领先于其他机器。若年月速度第名的天河号的核心利用程度达到地球模拟器的核利用率，则速度将得到极大的提高。为了分析每个核是否充分利用，再做如下定义定义称作次时钟周期数。它表示颗核在每个时钟周期处理的浮点运算的次数，是因为原来计算出的数值太小而扩大倍来表示。表是值数据统计，图记录的是值和速度排名。值将各个机器核的主频考虑在内，排除了主频对核贡献率的干扰，结果显示速度仍有提升空间。表年月前的值排名和速度排名速度排名主频值值排名万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章计算机系统性能参数的研究名次值值曲线速度曲线图值排名和速度排名对比图所代表的是每个核利用程度，的排名次序与速度次序不同，其中的，名列第。这说明了中前二十名的机器中每个核的利用率有所不同，若每个核的利用率都达到所计算出的第名水平，计算机性能将得到极大提升。这也说明了计算机性能的提高方向上可以考虑充分利用核的利用率。核贡献率参数的意义和深刻地反映了机器设计的技术状况，也表明采用多核处理器构建超级计算机，在性能方面具有广阔的提高空间。同时，若再设核的流水深度为，并记核的次时钟周期为，则就刻画了核的利用程度。新参数的引入验证了现有多核系统中核的利用率各不相同，并没有达到极致，这给我们提高计算机性能方向提供指导。对采用何种多核系统架构何种互连起到了引导作用。基于多核的计算机系统的关键技术多核结构的出现带来了计算机体系结构新的面貌，尤其是高度并行及低功耗特点，使得它越来越成为处理器的首选架构。但同时，由于起步较晚，许多技术依然处于磨合摸索阶段，在存储结构互连结构等方面依然存在较大的提升空间。这些多核环境下的关键技术对于充分利用多个核心提高性能有着重要的意义，通信存储等方面的研究也是为了建立个软硬件匹配的高效多核系统。以下是多核计算机系统的几大关键性技术。存储结构高速缓存设计是单核系统中处理处理器主存之间的速度差距的，这样的个缓冲设计能更好地利用处理器的高速计算。但在多核系统下，内核数目的增加使得处理器与存储器之间的访问变得更加频繁，因此，处理好两者之间巨大的速度差显得尤为重要。单核系统的缓万方数据单位代码密级硕士学位论文论文题目计算机系统的性能参数及速度研究林子皓洪龙教授计算机系统结构并行分布式计算工学硕士年月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以