Parallel hisoblashning asosiy tushunchalari

PARALLEL HISOBLASHNING ASOSIY TUSHUNCHALARI
Parallel hisoblash (parallel ishlov berish) bir dasturning (bir loyihaning) turli qismlarini bir vaqtda bajarish uchun bir nechta yoki bir nechta hisoblash qurilmalaridan foydalanishdir. Parallel hisoblash - bu kompyuterda hisoblashni tashkil qilish usuli bo'lib, unda parallel ravishda ishlaydigan o'zaro ta'sir qiluvchi hisoblash jarayonlari majmuasi sifatida dasturlar ishlab chiqiladi. (Vikipediya) Parallel hisoblash - bir yoki bir nechta vazifalarni [bitta loyihaning] hal qilish jarayoni natijasida hosil bo'lgan ko'plab harakatlarni bir vaqtning o'zida bajarish qobiliyatidan foydalangan holda ko'p protsessorli tizimlarda amalga oshirilishi mumkin bo'lgan hisob-kitoblar. (Kibernetika lug'ati) Parallel hisoblashning asosiy maqsadi muammoni hal qilish vaqtini qisqartirishdir. Amaliyot ehtiyojlari uchun zarur bo'lgan ko'plab vazifalarni real vaqt rejimida hal qilish kerak yoki ularni hal qilish uchun juda katta miqdordagi hisob-kitoblar talab qilinadi. E'tibor bering, protsessorlar sonining ko'payishi muammoni hal qilish vaqtining qisqarishiga olib kelmaydi. (Agar 10 kishi bir vaqtning o'zida kichik bir teshik qazmoqchi bo'lsa, ular faqat bir-biriga xalaqit beradi.) Parallel ma'lumotlarni qayta ishlashdan foydalanish hisoblar tezligini oshirishning yagona usuli emas. Yana bir yondashuv - protsessor qurilmalarining quvvatini oshirish. Ushbu yondashuvning cheklovlari
Cheklangan kommutatsiya tezligi. Hatto eng tezkor aloqa - optik - o'tish tezligi yorug'lik tezligidan oshmasligi kerak. 2. Kalitlarning cheklangan o'lchamlari. Qurilma komponentlari qanchalik kichik bo'lsa, qurilma shunchalik tez ishlaydi. Biroq, 6 komponentlarning o'lchamlari bo'yicha jismoniy chegara mavjud, bu ularning molekulyar va atom tuzilishi bilan bog'liq. 3. Iqtisodiy cheklovlar. Protsessor tezligini, qadoqlash zichligini, kristalldagi qatlamlar sonini oshirish uchun barcha tobora murakkablashib borayotgan ilmiy, muhandislik va ishlab chiqarish muammolarini hal qilish kerak. Shuning uchun har bir yangi avlod protsessorlari qimmat. Har doim hal qilish uchun parallel kompyuterning kuchini talab qiladigan katta muammolar bo'ladi. Parallel hisoblashning vazifasi ko'p protsessorli hisoblash texnologiyasidan foydalanishda eng katta samaradorlikka erishish uchun muammolarni hal qilish jarayonlarida parallellik resursini yaratish (parallel algoritmni olish) va ushbu parallelizmni amalga oshirishni boshqarishdir. Mavjud ketma-ket algoritmni parallellashtirish yoki yangi parallel algoritm ishlab chiqish orqali masalani yechishning parallel algoritmini olish mumkin. Ehtimol, parallellashtirishni amalga oshirish uchun muammoni hal qilish algoritmini almashtirish yoki o'zgartirish kerak bo'ladi (masalan, operatsiyalar orasidagi ba'zi bog'liqliklarni bartaraf etish kerak).
Parallel hisoblash terminologiyasi Parallel hisoblash terminologiyasi yaxshi o'rnatilmagan, shuning uchun quyida keltirilgan ba'zi tushunchalar boshqacha talqin qilinishi mumkin. Superkompyuter - bu o'zining texnik parametrlari bo'yicha ko'pgina mavjud kompyuterlardan sezilarli darajada ustun bo'lgan kompyuter. Klaster mahalliy tarmoqqa ulangan va yagona hisoblash resursi sifatida ishlashga qodir kompyuterlar guruhidir.7 Klaster mahalliy tarmoqqa qaraganda yuqori ishonchlilik va samaradorlikni nazarda tutadi. Klaster tipik apparat va dasturiy yechimlardan foydalanadi va shuning uchun boshqa turdagi parallel hisoblash tizimlariga nisbatan ancha past narxga ega. Taqsimlangan hisoblash - parallel hisoblash tizimiga birlashtirilgan bir nechta kompyuterlar yordamida ko'p vaqt talab qiladigan hisoblash masalalarini hal qilish usuli. Bo'shashmasdan bog'langan, heterojen hisoblash tizimlari taqsimlangan tizimlarning alohida sinfiga - Gridga bo'linadi. (Vikipediya) Taqsimlangan hisoblash - bu ma'lumotlarni qayta ishlash texnologiyasi bo'lib, unda katta vazifa kompyuter tarmog'i yoki Internet orqali ulangan ko'plab kompyuterlar o'rtasida bajarilishi uchun taqsimlanadi. Bulutli hisoblash - bu ma'lumotlarni qayta ishlash texnologiyasi bo'lib, unda kompyuter resurslari va imkoniyatlari Internet xizmati sifatida taqdim etiladi. Shunday qilib, taqsimlangan va bulutli hisoblash parallel hisoblashning alohida holatidir. Parallel hisoblash bir kompyuterda (superkompyuter yoki ko'p yadroli kompyuter) ham, ko'p kompyuterlarda ham amalga oshirilishi mumkin. Taqsimlangan va bulutli hisoblashni bitta kompyuterda bajarib bo'lmaydi. Parallel ishlar - bu bir vaqtning o'zida (mustaqil bo'lishi shart emas) bajarishga imkon beradigan ishlar. Parallel algoritm - operatsiyalari bir vaqtning o'zida bajarilishi mumkin bo'lgan algoritm (mustaqil bo'lishi shart emas); bir vaqtning o'zida bajariladigan operatsiyalar yoki operatsiyalar to'plami aniq yoki yashirin shaklda ko'rsatilganligi nazarda tutiladi. Parallel algoritmning qat'iy tushunchasi kiritilmagan. Parallel dastur - bu parallel arxitekturadagi hisoblash tizimlariga yo'naltirilgan ba'zi dasturlash tizimida yozilgan parallel algoritm.
Ma'lumotlar parallelligi. funktsional parallellik. Agar ma'lum bir muammoni hal qilishda protsessorlar bir xil hisob-kitoblarni amalga oshirsa, lekin turli xil ma'lumotlardan foydalansa, ular ma'lumotlar parallelligi haqida gapiradilar. Masalan, ma'lumotlar bazasi bo'yicha qidiruvda har bir protsessor ma'lumotlar bazasining o'ziga xos qismi bilan ishlashi mumkin. Agar protsessorlar bir xil vazifaning turli vazifalarini bajarsa, turli funktsiyalarni bajarsa, u holda ular funktsional parallellik haqida gapirishadi. Biz asosan ma'lumotlar parallelizmiga e'tibor qaratamiz. Quvurlarni o'tkazish bo'yicha operatsiya ma'lumotlari (operatsiya darajasida quvurlar parallelligi). Operatsiya mikro-operatsiyalarga bo'linsin. Keling, mikro-operatsiyalarni bajarish tartibida tartibga solamiz va har bir bajarish uchun qurilmaning alohida qismini tanlaymiz. Vaqtning birinchi daqiqasida kirish ma'lumotlari birinchi qismga ishlov berish uchun keladi. Birinchi mikrooperatsiya bajarilgandan so'ng, birinchi qism o'z ishining natijalarini ikkinchi qismga uzatadi va o'zi yangi ma'lumotlarni oladi. Kirish argumentlari qayta ishlashning barcha bosqichlaridan o'tganda, operatsiya natijasi qurilmaning chiqishida paydo bo'ladi. Shunday qilib, funktsional parallellik amalga oshiriladi. Qurilmaning har bir qismi konveyer bosqichi deb ataladi va bosqichlarning umumiy soni konveyer uzunligi deb ataladi. Hisoblash tizimining haqiqiy ishlashi vaqt birligida o'rtacha bajarilgan amallar sonidir.
Hisoblash tizimining eng yuqori unumdorligi - bu tizim tomonidan vaqt birligida bajarilishi mumkin bo'lgan maksimal operatsiyalar soni. Ta'riflardan kelib chiqadiki, tizimning haqiqiy va eng yuqori ko'rsatkichlari mos ravishda tizimni tashkil etuvchi protsessorlarning haqiqiy va eng yuqori ko'rsatkichlarining yig'indisidir. Bitta protsessorning eng yuqori unumdorligi n×f×k ko‘paytmasi sifatida hisoblanadi, bu erda n – bir takt siklida bajariladigan 9 suzuvchi nuqta operatsiyalari soni, f – protsessorning takt tezligi, k – protsessordagi yadrolar soni. Eng yuqori ko'rsatkichlar nazariy ko'rsatkichlar deb ham ataladi. Bu nom haqiqiy dasturda ishlash nafaqat oshmaydi, balki hech qachon bu chegaraga etib bormasligini ta'kidlaydi. Protsessorning ma'lum vaqt oralig'idagi ish yuki - bu ma'lum vaqt oralig'ida protsessorning haqiqiy ishlash vaqtining butun interval uzunligiga nisbati. Bir xil protsessorlardan tashkil topgan hisoblash tizimining ish yuki barcha protsessorlar ish yuklarining o'rtacha arifmetik qiymati hisoblanadi. Ta'rifdan kelib chiqadiki, ish yuki p 0≤p≤ 1 shartni qanoatlantiradi. Bir xil protsessorlardan tashkil topgan kompyuter tizimida algoritmni amalga oshirishni tezlashtirish algoritmning bir protsessorda (bir protsessor yadrosida) bajarilish vaqtining nisbati hisoblanadi. parallel bajarish vaqtiga. Tezlashtirish parallel algoritmni tanlashga va bu algoritm kompyuter tizimining arxitekturasiga qanchalik mos kelishiga bog'liq. Bir xil protsessorlardan tashkil topgan kompyuter tizimida algoritmni amalga oshirish samaradorligi tezlikni s ga nisbati hisoblanadi. Umumiy (umumiy, umumiy) xotira. taqsimlangan xotira. Parallel qayta ishlash ikkita asosiy xotiradan foydalanish modellaridan foydalanadi: umumiy, barcha protsessorlar to'g'ridan-to'g'ri bitta umumiy xotiraga ulanganda (lekin har bir protsessorda ham o'z kesh xotirasi mavjud) va xotira protsessorlar o'rtasida jismoniy taqsimlanganda taqsimlanadi.