GeeksforGeeks

Înainte de a face o trecere în revistă a calculului paralel, mai întâi să aruncăm o privire la istoricul calculelor unui software de calculator și de ce a eșuat pentru epoca modernă.

Programele de calculator au fost scrise în mod convențional pentru calculul în serie. Aceasta însemna că, pentru a rezolva o problemă, un algoritm împarte problema în instrucțiuni mai mici. Aceste instrucțiuni discrete sunt apoi executate pe unitatea centrală de procesare a unui calculator, una câte una. Numai după ce se termină o instrucțiune, începe următoarea.

Un exemplu din viața reală ar fi oamenii care stau la coadă așteptând un bilet de film și există doar un singur casier.Casierul le dă biletul unul câte unul persoanelor. Complexitatea acestei situații crește atunci când există 2 cozi și un singur casier.

Prin urmare, pe scurt, calculul în serie este următorul:

1. În acest caz, un enunț de problemă este împărțit în instrucțiuni discrete.
2. Apoi instrucțiunile sunt executate una câte una.
3. Se execută doar o singură instrucțiune la un moment dat.

Află la punctul 3. Acest lucru a cauzat o problemă uriașă în industria de calcul, deoarece doar o singură instrucțiune era executată în orice moment de timp. Aceasta era o risipă uriașă de resurse hardware, deoarece doar o singură parte a hardware-ului va funcționa pentru o anumită instrucțiune și de timp. Pe măsură ce declarațiile de probleme deveneau din ce în ce mai grele și mai voluminoase, la fel se întâmpla și cu timpul de execuție a acestor declarații. Exemple de procesoare sunt Pentium 3 și Pentium 4.

Acum să ne întoarcem la problema noastră din viața reală. Am putea spune cu siguranță că complexitatea va scădea atunci când există 2 cozi și 2 casieri care dau bilete la 2 persoane simultan. Acesta este un exemplu de calcul paralel.

Computere paralelă –
Este utilizarea simultană a mai multor elemente de procesare pentru rezolvarea oricărei probleme. Problemele sunt împărțite în instrucțiuni și sunt rezolvate concomitent, deoarece fiecare resursă care a fost aplicată pentru a lucra lucrează în același timp.

Vantajele calculului paralel față de calculul în serie sunt următoarele:

1. Ea economisește timp și bani, deoarece mai multe resurse care lucrează împreună vor reduce timpul și vor reduce costurile potențiale.
2. Poate fi nepractic să rezolvi probleme mai mari pe calculul în serie.
3. Se poate profita de resursele non-locale atunci când resursele locale sunt finite.
4. Computere în serie „irosește” puterea potențială de calcul, astfel încât calculul paralel face o mai bună utilizare a hardware-ului.

Tipuri de paralelism:

1. Paralelism la nivel de bit: Este forma de calcul paralel care se bazează pe creșterea dimensiunii procesorului. Acesta reduce numărul de instrucțiuni pe care sistemul trebuie să le execute pentru a efectua o sarcină pe date de dimensiuni mari.
   Exemplu: Luați în considerare un scenariu în care un procesor pe 8 biți trebuie să calculeze suma a două numere întregi pe 16 biți. Acesta trebuie mai întâi să adune cei 8 biți de ordin inferior, apoi să adune cei 8 biți de ordin superior, necesitând astfel două instrucțiuni pentru a efectua operația. Un procesor pe 16 biți poate efectua operația cu o singură instrucțiune.
2. Paralelism la nivel de instrucțiuni: Un procesor poate adresa doar mai puțin de o instrucțiune pentru fiecare fază a ciclului de ceas. Aceste instrucțiuni pot fi reordonate și grupate, care ulterior sunt executate concomitent fără a afecta rezultatul programului. Aceasta se numește paralelism la nivel de instrucțiuni.
4. Paralelism de sarcină: Paralelismul sarcinilor utilizează descompunerea unei sarcini în subtask-uri și apoi alocarea fiecăruia dintre subtask-uri pentru execuție. Procesoarele realizează execuția sarcinilor secundare în mod concurent.

De ce calcul paralel?

• Întreaga lume reală se desfășoară în natură dinamică, adică multe lucruri se întâmplă la un moment dat, dar în locuri diferite, în mod concurent. Aceste date sunt în mare măsură uriașe pentru a fi gestionate.
• Datele din lumea reală au nevoie de o simulare și o modelare mai dinamică, iar pentru a realiza același lucru, calculul paralel este cheia.
• Calcularea paralelă oferă simultaneitate și economisește timp și bani.
• Seturile de date complexe, de mari dimensiuni, precum și gestionarea lor pot fi organizate numai și numai folosind abordarea calculului paralel.
• Asigură utilizarea eficientă a resurselor. Se garantează utilizarea eficientă a hardware-ului, în timp ce în cazul calculului în serie a fost utilizată doar o parte din hardware, iar restul a rămas inactiv.
• De asemenea, nu este practic să se implementeze sisteme în timp real folosind calculul în serie.

Aplicații ale calculului paralel:

• Baze de date și minerit de date.
• Simulare în timp real a sistemelor.
• Știință și inginerie.
• Grafică avansată, realitate augmentată și realitate virtuală.

Limitări ale calculului paralel:

• Se adresează unor aspecte precum comunicarea și sincronizarea între mai multe subprocese și procese, care este dificil de realizat.
• Algoritmii trebuie să fie gestionați în așa fel încât să poată fi tratați în mecanismul paralel.
• Algoritmii sau programul trebuie să aibă un cuplaj redus și o coeziune ridicată. Dar este dificil să creezi astfel de programe.
• Programatorii mai calificați din punct de vedere tehnic și mai experți pot codifica bine un program bazat pe paralelism.

Future of Parallel Computing: Graficul de calcul a suferit o mare tranziție de la calculul serial la calculul paralel. Un gigant tehnologic precum Intel a făcut deja un pas spre calculul paralel prin utilizarea procesoarelor multicore. Calculul paralel va revoluționa modul în care funcționează computerele în viitor, spre binele tuturor. Având în vedere că toată lumea se conectează între ele chiar mai mult decât înainte, calculul paralel are un rol mai bun în a ne ajuta să rămânem așa. Cu rețele mai rapide, sisteme distribuite și computere cu mai multe procesoare, ea devine și mai necesară.

Atenție cititorule! Nu vă opriți din învățat acum. Puneți mâna pe toate conceptele importante ale teoriei CS pentru interviurile SDE cu cursul CS Theory Course la un preț accesibil studenților și deveniți pregătit pentru industrie.