Ein paralleles Computersystem ist ein Computersystem mit mehr als einem Prozessor, der gleichzeitig arbeitet, um ein Problem zu lösen. Anstatt sich auf einen einzelnen Prozessor zu verlassen, um Anweisungen nacheinander auszuführen, unterteilt ein paralleles System das Problem in kleinere Teile, wodurch jedem Teil einem anderen Prozessor zugewiesen wird. Diese Prozessoren arbeiten dann gleichzeitig und kombinieren ihre Ergebnisse, um die endgültige Lösung zu erzeugen. Dies ermöglicht eine erheblich schnellere Verarbeitung als ein Einzelprozessorsystem, insbesondere für rechnerisch intensive Aufgaben.
Hier ist eine Aufschlüsselung der wichtigsten Aspekte:
* Mehrere Prozessoren: Das Kernmerkmal ist das Vorhandensein mehrerer Verarbeitungseinheiten (CPUs, GPUs usw.), die zusammenarbeiten. Dies kann von einigen Kernen innerhalb eines einzelnen Chips (Multi-Core-Prozessor) bis zu Tausenden von Prozessoren in einem großen Supercomputer reichen.
* gleichzeitige Ausführung: Mehrere Prozessoren führen gleichzeitig verschiedene Teile desselben Programms oder gleichzeitig unterschiedlichen Programme aus. Dies steht im Gegensatz zur seriellen Verarbeitung, bei der Anweisungen nacheinander ausgeführt werden.
* Kommunikation: Eine effiziente Kommunikation zwischen den Prozessoren ist entscheidend. Sie müssen Daten austauschen und ihre Vorgänge synchronisieren, um ein kohärentes Ergebnis zu erzielen. Die Kommunikationsmethode variiert je nach Architektur (z. B. gemeinsamer Speicher, Nachrichtenübergang).
* Parallele Programmierung: Software muss speziell für die parallele Ausführung konzipiert werden. Dies beinhaltet die Aufteilung des Problems in überschaubare Aufgaben, die Zuweisung von Prozessoren, die Verwaltung von Datenabhängigkeiten und den Umgang mit Kommunikationsaufwand.
Arten paralleler Computersysteme:
Parallele Systeme können auf verschiedene Weise kategorisiert werden, einschließlich:
* Shared Memory: Prozessoren teilen den gleichen Speicherplatz. Dies vereinfacht die Kommunikation, kann jedoch zu Synchronisationsproblemen führen, wenn sie nicht sorgfältig verwaltet werden.
* Nachrichtübergang: Prozessoren haben ihren eigenen privaten Gedächtnis und kommunizieren durch Austausch von Nachrichten. Dies ist skalierbarer, erfordert jedoch explizite Kommunikationsmechanismen.
* SIMD (einzelne Anweisungen, mehrere Daten): Alle Prozessoren führen denselben Anweisungen in verschiedenen Datensätzen gleichzeitig aus. Dies eignet sich für hoch parallele Aufgaben wie die Bildverarbeitung.
* MIMD (Mehrfachbefehl, mehrere Daten): Prozessoren können gleichzeitig verschiedene Anweisungen in verschiedenen Datensätzen ausführen. Dies ist die allgemeinste Art des parallelen Computers.
Im Wesentlichen bieten parallele Computersysteme erhebliche Beschleunigungen für Anwendungen, die effektiv parallelisiert werden können. Sie führen jedoch auch Komplexitäten bei der Programmierung und Verwaltung der Interaktion zwischen mehreren Prozessoren ein.
