Lähikuva prosessorisirun tietokoneen emolevyllä
Kuvan luotto: Riccardo_Mojana/iStock/Getty Images
Rinnakkais- ja sarjakäsittely kuvaavat, pystyykö tietokonejärjestelmä hajottamaan laskentatehtävät käytettäväksi useita prosessoreita tai ydintä samanaikaisesti tai jos se on riippuvainen tehtävien suorittamisesta yhdellä prosessorilla ydin. Kaikki yksittäiset kuluttajatietokoneiden prosessorit olivat sarjasuorittimia ennen vuoden 2005 puoliväliä, jolloin Intel esitteli ensimmäisen kuluttajille tarkoitetun kaksiytimisen prosessorin. Useat yhden ytimen prosessorit voivat työskennellä yhdessä käsitelläkseen sarjakäsittelyä verkkoon kytkettyjen rinnakkaisten tietokoneklustereiden kautta tai useiden prosessorien käyttämiseksi yhdellä emolevyllä.
Tietokoneet ovat moniajokoneita
Tyypillinen nykyaikainen tietokone suorittaa kymmeniä tai satoja tehtäviä kerrallaan; kuitenkin jokainen ydin työskentelee vain yhden prosessin parissa kerralla. Prosessori hyppää jatkuvasti eri käsittelyjen "säikeiden" tai "käskyvirtojen" välillä ajaakseen useita samanaikaisia ohjelmia samanaikaiseksi kutsutun reaaliaikaisen illuusion alaisena. Tietokone päätyy tuhlaamaan prosessorijaksoja vaihtaessaan työtä, eikä se toimi optimaalisella tehokkuudella moniajossa.
Päivän video
Tehtävien suorittaminen rinnakkain
Rinnakkaiskäsittelyympäristö voi käsitellä tehtäviä nopeammin, kun ohjelmat on suunniteltu käyttämään rinnakkaiskäsittelyä. Sarjaohjelmat asettavat kaikki ohjeet sarjajärjestelyyn ja yhdistävät prosessorin yhden säikeen avulla. Rinnakkaisohjelmat toimivat jakamalla tehtävät yksittäisiin osiin, jotka voidaan jakaa useiden prosessoriytimien kesken ja koota uudelleen valmiiksi tehtäviksi. Rinnakkaisprosessorit voivat moninkertaistaa samalla kelloitettujen sarjasuorittimien prosessointitehon oikein kirjoitetulla koodilla. Suuremmalla kellotaajuudella varustettu sarjaprosessori voi kuitenkin ylittää rinnakkaiset prosessorit työskennellessään yhden säikeen kanssa.
Sarjakäsittely toiminnassa
Sarjakäsittelyyn kirjoitetut ohjelmat käyttävät vain yhtä ydintä kerrallaan ja käsittelevät tehtävät peräkkäisessä järjestyksessä. Sarjaprosessori toimii aivan kuten ruokakaupassa olisi tusina avointa kassakäytävää ja yksi kassa käy eri kaistan välissä ja katsastaa kaikki samaan aikaan. Kassa tai CPU hyppää kaistalta toiselle ja tarkistaa muutaman kohteen kerrallaan ennen kuin siirtyy seuraavaan. Tavoitteena on saada kaikki tilaukset valmiiksi samaan aikaan.
Rinnakkaiskäsittely toiminnassa
Rinnakkaisprosessorien ideana on, että enemmän yhdessä toimivia ytimiä parantaa suorituskykyä. Rinnakkaisprosessori käyttäytyy kuin sillä olisi useampi kuin yksi kassa, joka käyttää tusinaa kassakäytävää. Jos ohjelma on asetettu hyödyntämään rinnakkaiskäsittelyä, "asiakas" voi jakaa tilauksensa pienempiin ryhmiin ja käyttää useita kassakäytäviä kerralla.
Rinnakkaisprosessorit laajentavat mahdollisuuksia
Vuonna 2007 Nvidia käytti ensimmäisen kerran rinnakkaiskäsittelyä grafiikkatekniikan edistämiseen. Grafiikkaprosessointiyksiköt käyttävät rinnakkaiskäsittelyä tasolla, joka räjäyttää sarjakäsittelyn suorituskyvyn pieniä laskelmia tehtäessä. Vaikka prosessoreilla on yleensä helposti laskettava määrä ytimiä, GPU: ssa voi olla tuhansia pienempitehoisia ytimiä, jotka sopivat paremmin yksinkertaisempien samanaikaisten laskelmien suorittamiseen. Grafiikkasuorittimia käytetään yleisesti grafiikkaan, mutta ne voivat tehdä muitakin laskelmia, kuten lajittelua ja matriisialgebraa.
