Κοντινό πλάνο ενός τσιπ επεξεργαστή σε μια μητρική πλακέτα υπολογιστή
Πίστωση εικόνας: Riccardo_Mojana/iStock/Getty Images
Η παράλληλη και η σειριακή επεξεργασία περιγράφουν εάν ένα σύστημα υπολογιστή μπορεί να χωρίσει τις υπολογιστικές εργασίες που θα χρησιμοποιηθούν πολλούς επεξεργαστές ή πυρήνες ταυτόχρονα ή εάν εξαρτάται από την ολοκλήρωση εργασιών με έναν μόνο επεξεργαστή πυρήνας. Όλοι οι μεμονωμένοι επεξεργαστές υπολογιστών καταναλωτών ήταν σειριακούς επεξεργαστές πριν από τα μέσα του 2005, όταν η Intel παρουσίασε τον πρώτο επεξεργαστή διπλού πυρήνα για καταναλωτές. Πολλοί επεξεργαστές ενός πυρήνα μπορούν να συνεργαστούν για να χειριστούν τη σειριακή επεξεργασία μέσω δικτυωμένων παράλληλων συμπλεγμάτων υπολογιστών ή την εκτέλεση πολλών επεξεργαστών σε μία μητρική πλακέτα.
Οι υπολογιστές είναι μηχανές πολλαπλών εργασιών
Ένας τυπικός σύγχρονος υπολογιστής εκτελεί δεκάδες έως εκατοντάδες εργασίες ανά πάσα στιγμή. Ωστόσο, κάθε πυρήνας εργάζεται μόνο σε μία διαδικασία ταυτόχρονα. Ο επεξεργαστής μεταπηδά συνεχώς μεταξύ των διαφορετικών «νημάτων» ή «ροών εντολών» επεξεργασίας για να τρέξει πολλά ταυτόχρονα προγράμματα υπό μια ψευδαίσθηση σε πραγματικό χρόνο που ονομάζεται ταυτόχρονη. Ο υπολογιστής καταλήγει να σπαταλά τους κύκλους του επεξεργαστή κατά την εναλλαγή μεταξύ εργασιών και δεν λειτουργεί με τη βέλτιστη απόδοση κατά την εκτέλεση πολλαπλών εργασιών.
Το βίντεο της ημέρας
Εκτέλεση εργασιών παράλληλα
Ένα περιβάλλον παράλληλης επεξεργασίας μπορεί να επεξεργαστεί εργασίες γρηγορότερα όταν τα προγράμματα είναι σχεδιασμένα να χρησιμοποιούν παράλληλη επεξεργασία. Τα σειριακά προγράμματα ευθυγραμμίζουν όλες τις οδηγίες σε σειριακή διάταξη και διασυνδέουν με τον επεξεργαστή χρησιμοποιώντας ένα μόνο νήμα. Τα παράλληλα προγράμματα λειτουργούν χωρίζοντας τις εργασίες σε μεμονωμένα μέρη που μπορούν να χωριστούν μεταξύ πολλών πυρήνων επεξεργαστή και να επανασυναρμολογηθούν ως ολοκληρωμένες εργασίες. Οι παράλληλοι επεξεργαστές μπορούν να πολλαπλασιάσουν την επεξεργαστική ισχύ παρόμοιων χρονισμένων σειριακών επεξεργαστών με σωστά γραμμένο κώδικα. Ωστόσο, ένας σειριακός επεξεργαστής με υψηλότερη ταχύτητα ρολογιού μπορεί να ξεπεράσει τους παράλληλους επεξεργαστές όταν εργάζεται με ένα μόνο νήμα.
Σειριακή επεξεργασία σε δράση
Τα προγράμματα που γράφτηκαν για σειριακή επεξεργασία χρησιμοποιούν μόνο έναν πυρήνα κάθε φορά και επεξεργάζονται εργασίες με διαδοχική σειρά. Ένας σειριακός επεξεργαστής λειτουργεί πολύ σαν να έχετε μια ντουζίνα ανοιχτές λωρίδες ταμείου στο παντοπωλείο με ένα ταμείο να τρέχει μεταξύ των διαφορετικών λωρίδων, να ελέγχει τους πάντες ταυτόχρονα. Το ταμείο, ή CPU, πηδά από λωρίδα σε λωρίδα ελέγχει μερικά αντικείμενα κάθε φορά πριν προχωρήσει στο επόμενο με στόχο να ολοκληρώσει όλες τις παραγγελίες ταυτόχρονα.
Παράλληλη Επεξεργασία σε Δράση
Η ιδέα πίσω από τους παράλληλους επεξεργαστές είναι ότι περισσότεροι πυρήνες που συνεργάζονται θα οδηγήσουν σε καλύτερη απόδοση. Ένας παράλληλος επεξεργαστής συμπεριφέρεται σαν να έχει περισσότερους από έναν ταμίες να λειτουργούν δώδεκα λωρίδες ταμείου. Εάν ένα πρόγραμμα έχει ρυθμιστεί για να επωφεληθεί από την παράλληλη επεξεργασία, ο «πελάτης» θα μπορούσε να χωρίσει την παραγγελία του σε μικρότερες ομάδες και να χρησιμοποιήσει πολλές λωρίδες αγοράς ταυτόχρονα.
Οι παράλληλοι επεξεργαστές επεκτείνουν τις δυνατότητες
Το 2007, η Nvidia χρησιμοποίησε για πρώτη φορά παράλληλη επεξεργασία για να προωθήσει την τεχνολογία γραφικών. Οι μονάδες επεξεργασίας γραφικών χρησιμοποιούν παράλληλη επεξεργασία σε επίπεδο που μειώνει την απόδοση σειριακής επεξεργασίας όταν κάνετε μικρούς υπολογισμούς. Ενώ οι CPU τείνουν να έχουν έναν εύκολα μετρήσιμο αριθμό πυρήνων, οι GPU μπορούν να έχουν χιλιάδες πυρήνες χαμηλότερης ισχύος που είναι πιο κατάλληλοι για την εκτέλεση απλούστερων ταυτόχρονων υπολογισμών. Οι GPU χρησιμοποιούνται συνήθως για γραφικά, αλλά μπορούν να κάνουν άλλους υπολογισμούς για πράγματα όπως η ταξινόμηση και η άλγεβρα πινάκων.
