Voordat we een tol gaan heffen op Parallel Computing, laten we eerst eens kijken naar de achtergrond van het rekenwerk van een computer software en waarom het voor het moderne tijdperk mislukt is.
Computer software werd conventioneel geschreven voor serieel rekenwerk. Dit houdt in dat om een probleem op te lossen, een algoritme het probleem opdeelt in kleinere instructies. Deze discrete instructies worden vervolgens één voor één uitgevoerd op de centrale verwerkingseenheid van een computer. Pas als een instructie is voltooid, begint de volgende.
Echt voorbeeld hiervan is dat mensen in een rij staan te wachten op een bioscoopkaartje en dat er alleen een kassier is. De kassier geeft de kaartjes één voor één aan de mensen. De complexiteit van deze situatie neemt toe wanneer er 2 wachtrijen zijn en slechts één kassier.
Dus, in het kort Serial Computing is het volgende:
- In dit geval wordt een probleemstelling opgesplitst in discrete instructies.
- Dan worden de instructies een voor een uitgevoerd.
- Er wordt slechts één instructie op een willekeurig moment uitgevoerd.
Kijk naar punt 3. Dit veroorzaakte een groot probleem in de computerindustrie, omdat er op elk moment maar één instructie werd uitgevoerd. Dit was een enorme verspilling van hardwarebronnen, omdat slechts één deel van de hardware voor een bepaalde instructie en een bepaald tijdstip in werking was. Naarmate probleemstellingen zwaarder en omvangrijker werden, nam ook de tijd die nodig was voor de uitvoering van die probleemstellingen toe. Voorbeelden van processoren zijn de Pentium 3 en de Pentium 4.
Nu gaan we terug naar ons werkelijke probleem. We kunnen met zekerheid zeggen dat de complexiteit afneemt als er 2 rijen zijn en 2 kassières tegelijkertijd kaartjes geven aan 2 personen. Dit is een voorbeeld van Parallel Computing.
Parallel Computing –
Het is het gebruik van meerdere verwerkingselementen tegelijk voor het oplossen van een probleem. Problemen worden opgedeeld in instructies en worden gelijktijdig opgelost, omdat elke hulpbron die is ingezet om te werken, tegelijkertijd aan het werk is.
Voordelen van Parallel Computing ten opzichte van Serial Computing zijn als volgt:
- Het bespaart tijd en geld, omdat veel hulpbronnen samenwerken, waardoor de tijd korter wordt en de mogelijke kosten lager.
- Het kan onpraktisch zijn om grotere problemen met Serial Computing op te lossen.
- Het kan profiteren van niet-lokale bronnen wanneer de lokale bronnen eindig zijn.
- Seriële Computing ‘verspilt’ de potentiële rekenkracht, dus Parallelle Computing maakt beter gebruik van hardware.
Typen Parallellisme:
- Parallellellisme op bitniveau: Het is de vorm van parallelle computing die is gebaseerd op de toenemende grootte van de processor. Het vermindert het aantal instructies dat het systeem moet uitvoeren om een taak uit te voeren op gegevens met een grote omvang.
Voorbeeld: Beschouw een scenario waarin een 8-bit processor de som moet berekenen van twee 16-bit gehele getallen. Hij moet eerst de 8 lagere-orde bits optellen, en dan de 8 hogere-orde bits, zodat er twee instructies nodig zijn om de bewerking uit te voeren. Een 16-bits processor kan de bewerking met slechts één instructie uitvoeren. - Parallellisme op instructieniveau: Een processor kan slechts minder dan één instructie per klokcyclusfase adresseren. Deze instructies kunnen worden geordend en gegroepeerd en later gelijktijdig worden uitgevoerd zonder het resultaat van het programma te beïnvloeden. Dit wordt parallellisme op instructieniveau genoemd.
- Taakparallellisme: Taakparallellisme maakt gebruik van de decompositie van een taak in subtaken en vervolgens de toewijzing van elk van de subtaken voor uitvoering. De processoren voeren de subtaken gelijktijdig uit.
Waarom parallel computing?
- De hele echte wereld heeft een dynamisch karakter, d.w.z. er gebeuren veel dingen op een bepaald tijdstip, maar op verschillende plaatsen gelijktijdig. Deze gegevens zijn op grote schaal enorm om te beheren.
- De gegevens van de echte wereld vereisen meer dynamische simulatie en modellering, en voor het bereiken van hetzelfde, parallel computing is de sleutel.
- Parallel computing biedt concurrency en bespaart tijd en geld.
- Complexe, grote datasets, en het beheer ervan kan worden georganiseerd alleen en alleen met behulp van parallel computing de aanpak.
- Zorgt voor de effectieve benutting van de middelen. De hardware wordt gegarandeerd effectief gebruikt, terwijl bij seriële berekeningen slechts een deel van de hardware wordt gebruikt en de rest ongebruikt blijft.
- Ook is het onpraktisch om real-time systemen te implementeren met seriële berekeningen.
Toepassingen van Parallel Computing:
- Data bases en Data mining.
- Real-time simulatie van systemen.
- Wetenschap en techniek.
- Geavanceerde grafische technieken, augmented reality en virtual reality.
Beperkingen van Parallel Computing:
- Het gaat onder meer om communicatie en synchronisatie tussen meerdere subtaken en processen, wat moeilijk te realiseren is.
- De algoritmen moeten zo worden beheerd dat ze in het parallelle mechanisme kunnen worden behandeld.
- De algoritmen of het programma moeten een lage koppeling en een hoge cohesie hebben. Maar het is moeilijk om dergelijke programma’s te maken.
- Meer technisch onderlegde en deskundige programmeurs kunnen een op parallellisme gebaseerd programma goed coderen.
Toekomst van Parallel Computing: De computergrafiek heeft een grote overgang doorgemaakt van seriële computing naar parallelle computing. Techreuzen als Intel hebben al een stap gezet in de richting van parallel computing door multicore processors te gebruiken. Parallelle berekeningen zullen in de toekomst een revolutie teweegbrengen in de manier waarop computers werken, ten goede van iedereen. Nu de hele wereld nog meer dan vroeger met elkaar in verbinding staat, zal parallelle computation ons daar beter bij helpen. Met snellere netwerken, gedistribueerde systemen, en multi-processor computers, wordt het nog noodzakelijker.
Opgelet lezer! Stop nu niet met leren. Krijg grip op alle belangrijke CS Theorie concepten voor SDE interviews met de CS Theorie Cursus tegen een student-vriendelijke prijs en word klaar voor de industrie.