GeeksforGeeks

A párhuzamos számítástechnika megismerése előtt először nézzük meg a számítógépes szoftverek számításainak hátterét, és azt, hogy miért nem sikerült a modern korban.

A számítógépes szoftvereket hagyományosan soros számításokhoz írták. Ez azt jelentette, hogy egy probléma megoldásához egy algoritmus kisebb utasításokra osztja a problémát. Ezeket a diszkrét utasításokat aztán a számítógép központi feldolgozó egysége egyenként hajtja végre. Csak miután az egyik utasítás befejeződött, kezdődik a következő.

Elképzelhető, hogy az emberek egy mozijegyre várakozó sorban állnak, és csak egy pénztáros van.A pénztáros egyenként adja ki a jegyet a személyeknek. Ennek a helyzetnek a bonyolultsága megnő, ha 2 sor van és csak egy pénztáros.

Az alábbiakban röviden a soros számítás a következő:

1. Ezben a problémafelvetést diszkrét utasításokra bontjuk.
2. Az utasításokat egyenként hajtjuk végre.
4. Minden pillanatban csak egy utasítást hajtunk végre.

Nézzük a 3. pontot. Ez hatalmas problémát okozott a számítástechnikai iparban, mivel minden pillanatban csak egy utasítást hajtottak végre. Ez a hardver erőforrásainak hatalmas pazarlását jelentette, mivel a hardver egyetlen része fog futni egy adott utasítás és idő alatt. Ahogy a problémamegoldások egyre nehezebbek és terjedelmesebbek lettek, úgy nőtt az utasítások végrehajtási ideje is. A processzorokra példa a Pentium 3 és a Pentium 4.

Most térjünk vissza a valós problémánkhoz. Határozottan állíthatjuk, hogy a komplexitás csökken, ha 2 sor van, és 2 pénztáros egyszerre 2 személynek ad jegyet. Ez egy példa a párhuzamos számítástechnikára.

Párhuzamos számítástechnika –
Ez több feldolgozóelem egyidejű használata bármilyen probléma megoldására. A problémákat utasításokra bontják és párhuzamosan oldják meg, mivel minden egyes erőforrás, amelyet munkára alkalmaztak, egyszerre dolgozik.

A párhuzamos számítástechnika előnyei a soros számítástechnikával szemben a következők:

1. Az időt és pénzt takarít meg, mivel a sok erőforrás együttes munkája csökkenti az időt és csökkenti az esetleges költségeket.
2. A nagyobb problémák megoldása soros számítástechnikával nem praktikus.
3. Kihasználhatja a nem lokális erőforrások előnyeit, amikor a lokális erőforrások végesek.
5. A soros számítás “elpazarolja” a potenciális számítási teljesítményt, így a párhuzamos számítás jobban kihasználja a hardvert.

A párhuzamosság típusai:

2. Bit-szintű párhuzamosság: Ez a párhuzamos számítás azon formája, amely a processzor növekvő méretén alapul. Csökkenti azoknak az utasításoknak a számát, amelyeket a rendszernek végre kell hajtania ahhoz, hogy egy feladatot nagy méretű adatokon hajtson végre.
   Példa: Vegyünk egy olyan forgatókönyvet, amelyben egy 8 bites processzornak két 16 bites egész szám összegét kell kiszámítania. Először össze kell adnia a 8 alacsonyabb rendű bitet, majd össze kell adnia a 8 magasabb rendű bitet, így a művelet végrehajtásához két utasításra van szükség. Egy 16 bites processzor a műveletet egyetlen utasítással el tudja végezni.
3. Utasításszintű párhuzamosság: Egy processzor csak egynél kevesebb utasítást tud címezni minden egyes órajelciklus-fázisban. Ezek az utasítások átrendezhetők és csoportosíthatók, amelyeket később párhuzamosan hajtanak végre anélkül, hogy befolyásolnák a program eredményét. Ezt nevezzük utasításszintű párhuzamosságnak.
5. Feladatpárhuzamosság: A feladatpárhuzamosítás a feladat részfeladatokra való felbontását, majd az egyes részfeladatok végrehajtásához való hozzárendelését alkalmazza. A processzorok a részfeladatok végrehajtását egyidejűleg végzik.

Miért párhuzamos számítás?

• Az egész való világ dinamikusan zajlik, azaz sok dolog történik egy adott időben, de különböző helyeken egyidejűleg. Ezeknek az adatoknak a kezelése kiterjedten hatalmas.
• A valós világ adatai dinamikusabb szimulációt és modellezést igényelnek, és ennek eléréséhez a párhuzamos számítástechnika a kulcs.
• A párhuzamos számítástechnika párhuzamosságot biztosít, időt és pénzt takarít meg.
• A komplex, nagy adathalmazok, és azok kezelése csak és kizárólag a párhuzamos számítástechnika megközelítésével szervezhető.
• Ez biztosítja az erőforrások hatékony kihasználását. A hardvert garantáltan hatékonyan használják, míg a soros számításnál a hardvernek csak egy részét használták ki, a többi pedig kihasználatlanul maradt.
• Az is, hogy a soros számítással nem praktikus valós idejű rendszereket megvalósítani.

A párhuzamos számítás alkalmazásai:

• Adatbázisok és adatbányászat.
• Rendszerek valós idejű szimulációja.
• Tudományok és mérnöki tudományok.
• Fejlett grafika, kiterjesztett valóság és virtuális valóság.

A párhuzamos számítástechnika korlátai:

• A több részfeladat és folyamat közötti kommunikációval és szinkronizációval foglalkozik, ami nehezen megvalósítható.
• Az algoritmusokat úgy kell kezelni, hogy azok a párhuzamos mechanizmusban kezelhetők legyenek.
• Az algoritmusoknak vagy a programnak alacsony csatolással és magas kohézióval kell rendelkeznie. De ilyen programokat nehéz létrehozni.
• A technikailag képzettebb és tapasztaltabb programozók jól tudnak kódolni egy párhuzamosságon alapuló programot.

A párhuzamos számítástechnika jövője: A számítási gráf nagy átalakuláson ment keresztül a soros számítástechnikáról a párhuzamos számítástechnikára. Az olyan technológiai óriások, mint az Intel, már tettek egy lépést a párhuzamos számítástechnika felé a többmagos processzorok alkalmazásával. A párhuzamos számítás a jövőben forradalmasítani fogja a számítógépek működését, mégpedig a jobbik javára. Mivel az egész világ még inkább összekapcsolódik egymással, mint korábban, a párhuzamos számítástechnika jobb szerepet játszik abban, hogy ez így is maradjon. A gyorsabb hálózatokkal, az elosztott rendszerekkel és a többprocesszoros számítógépekkel még inkább szükségessé válik.

Figyelem olvasó! Ne hagyja abba a tanulást most! Szerezze meg az összes fontos CS elmélet fogalmat az SDE interjúkhoz a CS elmélet tanfolyammal diákbarát áron, és legyen kész az iparra.