Параллельный и последовательный процессор

Параллельная и последовательная обработка описывает, может ли компьютерная система разбивать вычислительные задачи на части для одновременного использования нескольких процессоров или ядер, или же она зависит от выполнения задач с помощью одного ядра процессора. До середины 2005 года, когда Intel представила первый потребительский двухъядерный процессор, все процессоры для индивидуальных потребительских компьютеров были серийными. Несколько одноядерных процессоров могут работать вместе для обработки последовательных данных через объединенные в сеть 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 с одним процессом. Процессор постоянно переключается между различными «потоками» обработки или «потоками инструкций» для запуска нескольких параллельных программ в условиях иллюзии реального времени, называемой параллелизмом. В конечном итоге компьютер тратит ресурсы процессора при переключении между заданиями и не работает с оптимальной эффективностью при многозадачности.

Параллельное выполнение задач

Среда параллельной обработки может выполнять задачи быстрее, если программы предназначены для использования параллельной обработки. Последовательные программы выстраивают все инструкции в последовательном порядке и взаимодействуют с процессором, используя один поток. Параллельные программы работают, разбивая задачи на отдельные части, которые могут быть разделены между несколькими процессорными ядрами и повторно собраны как завершенные задачи. Параллельные процессоры могут увеличить вычислительную мощность последовательных процессоров с аналогичной тактовой частотой при правильно написанном коде. 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, одновременно используют только одно ядро ​​и обрабатывают задачи в последовательном порядке. Последовательный процессор работает так же, как дюжина открытых касс в продуктовом магазине с одним кассиром, бегущим между разными дорожками и проверяющим всех одновременно. Кассир, или ЦП, перескакивает с ряда на ряд, проверяя несколько товаров 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, приводит к повышению производительности. Параллельный процессор ведет себя так же, как если бы несколько кассиров работали на дюжине касс. Если программа настроена на использование преимуществ параллельной обработки, «покупатель» может разбить свой заказ на более мелкие группы и использовать несколько касс одновременно.

Параллельные процессоры расширяют возможности

В 2007 году Nvidia впервые применила параллельную обработку для улучшения графических технологий. Графические процессоры используют параллельную обработку на таком уровне, который значительно снижает производительность последовательной обработки при выполнении небольших вычислений. В то время как центральные процессоры, как правило, имеют легко поддающееся учету количество ядер, графические процессоры могут иметь тысячи менее мощных ядер, которые лучше подходят для выполнения более простых одновременных вычислений. Графические процессоры обычно используются для графики, но могут выполнять и другие вычисления для таких вещей, как сортировка и матричная алгебра.