流水线与并行计算

概括来说并行计算是同时使用多种计算资源解决问题,是一种提高计算机系统计算速度和处理能力的有效手段。

并行是一个相对于串行来说的概念,它是一种可以一次执行多个指令的算法,目的是提高计算的速度,以及通过扩大问题的求解规模从而解决大型而复杂的计算问题。

并行计算可以分为时间空间上的并行两种。
时间上的并行是指流水线技术空间上的并行是指用多个处理器并发地执行计算。

举个简单的例子。(看这里看这里)

假设有一个食品加工小作坊,它生产某种食品需要经过清洗、消毒、切割、包装共四步,目前只有1个工人1台机器且每个步骤的操作均需要工人参与(非自动化),假设每个步骤需要1分钟(不要深究,就是个假设)。

那么每件商品的生产需要耗时4分钟,在只有一个工人的前提下,8分钟只能生产2件商品:即要分别经过“清洗、消毒、切割、包装”“清洗、消毒、切割、包装”,在其中某一个步骤进行的时候,用于完成其余功能的机器组件是闲置状态(很浪费)。

这个时候,我们可以选择再雇佣3个工人,这样目前一共有4个人手,我们让4个人分别负责某一步骤且同时操作,8分钟后可以得到8件商品(假设已经经过了initial状态,那么每个步骤在8分钟内分别执行了8次),将吞吐量提高了4倍。这个过程对应于“并行计算”在时间上的并行,也就是流水线的概念。

那么如果我再雇佣4个人,再买一台设备,此时已经有8个工人了,每2个人操作2台机器负责一个步骤,这样8分钟后可以得到16件产品,这就是“并行计算”在空间上的并行。即用多个处理器并发的执行计算。

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