並列コンピューティングに取り組む前に、まず、コンピューター ソフトウェアの計算の背景と、なぜそれが現代のために失敗したかを見てみましょう。
コンピュータのソフトウェアは、従来からシリアルコンピューティングで書かれていました。 これらの個別の命令は、コンピュータの中央処理装置で1つずつ実行されます。
実際の例としては、映画のチケットを買うために行列に並んでいる人がいて、レジ係が一人ずつチケットを渡しているようなものです。
つまり、シリアル コンピューティングとは次のようなものです。
- この方法では、問題文が個別の命令に分割されます。 これは、どの瞬間にも 1 つの命令しか実行されないため、コンピュータ業界において大きな問題を引き起こしていました。 ハードウェアの 1 つの部分のみが特定の命令と時間のために実行されるため、これはハードウェア リソースの大きな無駄でした。 問題文が重くかさばるようになり、その分、実行時間も長くなりました。
さて、現実の問題に戻りましょう。 2 つの行列があり、2 人の人に同時にチケットを渡す 2 人のレジ係がいる場合、複雑さが減少することは間違いないでしょう。 これは、並列コンピューティングの一例です。
並列コンピューティング –
これは、任意の問題を解決するために、複数の処理要素を同時に使用することです。シリアル コンピューティングに対する並列コンピューティングの利点は次のとおりです。
- 多くのリソースが一緒に動作するため、時間を短縮し、潜在コストを削減することができます。
- ローカル リソースが有限である場合、非ローカル リソースを利用できます。
- シリアル コンピューティングは潜在的な計算能力を「無駄に」するので、並列コンピューティングはハードウェアをよりうまく活用できます。 これは、大きなサイズのデータに対してタスクを実行するために、システムが実行しなければならない命令の数を減らします。
例。 8ビットプロセッサが2つの16ビット整数の和を計算しなければならないシナリオを考えてみよう。 この場合、まず下位8ビットを加算し、次に上位8ビットを加算するため、演算に2つの命令が必要となる。 16 ビット プロセッサでは、この演算を 1 つの命令で実行できます。 - 命令レベルの並列性。 プロセッサは、各クロック サイクル フェーズで 1 つ未満の命令しかアドレス指定できません。 これらの命令は、プログラムの結果に影響を与えることなく、後で同時に実行されるように並べ替え、グループ化することができます。 これは、命令レベルの並列処理と呼ばれます。
- タスク並列処理。 タスク並列では、タスクをサブタスクに分解し、各サブタスクを割り当てて実行する。
なぜ並列コンピューティングなのか
- 現実世界全体は動的な性質の中で動いています。
- 現実世界のデータは、より動的なシミュレーションとモデリングを必要とし、同じことを達成するために、並列コンピューティングが鍵となります。
- 並列コンピューティングは並行処理を提供し、時間とお金を節約します。
- 複雑で大きなデータセット、およびそれらの管理は、並列コンピューティングのアプローチを使ってのみ、整理できます。
- リソースの有効利用を保証します。シリアル計算ではハードウェアの一部のみが使用され、残りはアイドル状態になりますが、ハードウェアは効果的に使用されることが保証されます。
- また、シリアル計算を使ってリアルタイムシステムを実装することは現実的ではありません。
- システムのリアルタイム シミュレーション
- 科学と工学
- 高度なグラフィックス、拡張現実と仮想現実
並列計算の限界：
- それは、実現が難しい複数のサブタスクとプロセス間の通信と同期などを扱います。
- アルゴリズムが並列メカニズムで処理できるように管理されなければならない。
- アルゴリズムまたはプログラムは、低結合と高結合を持たなければならない。 しかし、そのようなプログラムを作成するのは困難です。
- より技術的に熟練した専門プログラマーが、並列処理ベースのプログラムをうまくコーディングできます。
並列コンピューティングの未来像。 計算グラフは、シリアルコンピューティングから並列コンピューティングへと大きな変遷を遂げました。 Intel のような技術大手は、マルチコア プロセッサを採用することで、すでに並列コンピューティングへの一歩を踏み出しています。 並列計算は、将来的にコンピュータの動作に革命を起こし、より良い方向へ向かうでしょう。 すべての世界が以前よりもさらにお互いに接続され、並列コンピューティングは、私たちがそのように滞在するのを助けるために、より良い役割を果たしています。 より高速なネットワーク、分散システム、およびマルチプロセッサ コンピュータにより、並列コンピューティングはさらに必要になります。 今、学ぶことを止めないでください。
Article Tags :その他練習用タグ :div