Крупный план микросхемы процессора на материнской плате компьютера
Кредит изображения: Riccardo_Mojana / iStock / Getty Images
Параллельная и последовательная обработка описывают, может ли компьютерная система разделить вычислительные задачи для использования несколько процессоров или ядер одновременно, или если он зависит от выполнения задач с помощью одного процессора основной. До середины 2005 г., когда Intel представила первый двухъядерный процессор для потребителей, все процессоры для индивидуальных компьютеров были последовательными. Несколько одноядерных процессоров могут работать вместе для обработки последовательной обработки через сетевые параллельные компьютерные кластеры или запускать несколько процессоров на одной материнской плате.
Компьютеры - это многозадачные машины
Типичный современный компьютер выполняет от десятков до сотен задач в любой момент времени; однако каждое ядро одновременно работает только над одним процессом. Процессор постоянно переключается между различными обрабатывающими «потоками» или «потоками инструкций», чтобы запустить несколько параллельных программ в иллюзии реального времени, называемой параллелизмом. В итоге компьютер тратит циклы процессора при переключении между заданиями и не работает с оптимальной эффективностью при многозадачности.
Видео дня
Параллельное выполнение задач
Среда параллельной обработки может обрабатывать задачи быстрее, если программы предназначены для использования параллельной обработки. Последовательные программы выстраивают все инструкции в последовательном порядке и взаимодействуют с процессором с помощью одного потока. Параллельные программы работают, разбивая задачи на отдельные части, которые можно разделить между несколькими ядрами процессора и повторно собрать как выполненные задачи. Параллельные процессоры могут умножать вычислительную мощность последовательных процессоров с одинаковой тактовой частотой с помощью правильно написанного кода. Однако последовательный процессор с более высокой тактовой частотой может превзойти параллельные процессоры при работе с одним потоком.
Последовательная обработка в действии
Программы, написанные для последовательной обработки, используют только одно ядро за раз и обрабатывают задачи в последовательном порядке. Последовательный процессор работает так же, как наличие дюжины открытых касс в продуктовом магазине с одним кассиром, работающим между разными переулками и проверяющим всех одновременно. Кассир, или ЦП, перескакивает с дорожки на полосу, проверяя несколько предметов за раз, прежде чем перейти к следующему, чтобы выполнить все заказы одновременно.
Параллельная обработка в действии
Идея параллельных процессоров заключается в том, что большее количество ядер, работающих вместе, приведет к повышению производительности. Параллельный процессор ведет себя так, как если бы у нескольких кассиров было несколько касс. Если программа настроена на использование преимуществ параллельной обработки, «покупатель» может разбить свой заказ на более мелкие группы и использовать сразу несколько касс.
Параллельные процессоры расширяют возможности
В 2007 году Nvidia впервые использовала параллельную обработку для развития графических технологий. Графические процессоры используют параллельную обработку на уровне, который снижает производительность последовательной обработки при выполнении небольших вычислений. В то время как процессоры, как правило, имеют легко подсчитываемое количество ядер, графические процессоры могут иметь тысячи ядер с меньшим энергопотреблением, которые лучше подходят для выполнения более простых одновременных вычислений. Графические процессоры обычно используются для графики, но могут выполнять другие вычисления для таких вещей, как сортировка и матричная алгебра.
