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Introduzione al calcolo parallelo
SISTEMI INFORMATIVI AZIENDALI
Pierpaolo Guerra
Anno accademico 2009/2010
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Introduzione al calcolo parallelo
Cenni sul calcolo parallelo
Dal calcolo sequenziale al calcolo parallelo
Perché usare il calcolo parallelo?
Problematiche hardware e software
Applicazioni e sviluppi
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Cenni sul calcolo parallelo (1)
Per decenni, la tecnologia ha conosciuto sempre nuovi successi divenuti forza trainante per gli sviluppi delle architetture degli elaboratori.La potenza di calcolo dei computer è aumentata essenzialmente attraverso:
• Aumenti della velocità del clock
• Chip più efficienti
• Memorie più ampie
• Ottimizzazioni del calcolo (pipelining e vettorizzazioni)
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Cenni sul calcolo parallelo (2) Nonostante ciò quando si devono eseguire
calcoli molto complessi si possono incontrare:
Limiti della memoria Limiti della velocità di trasmissione Limiti della miniaturizzazione Limiti economici
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Cenni sul calcolo parallelo (3)La soluzione a tali limiti è presentata
dall’utilizzo contemporaneo di più risorse di calcolo che può essere ottenuto:
Utilizzando un computer singolo con più processori
Utilizzando più computer collegati in rete Implementando una combinazione di
computer multi-processore collegati in rete
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Cenni sul calcolo parallelo (4)
• Il calcolo parallelo può quindi essere visto come un’evoluzione del calcolo seriale (sequenziale)
• In generale, è l’uso simultaneo di più CPU per risolvere un unico problema computazionale
• Per girare su più CPU, un problema è diviso in parti discrete che possono essere risolte concorrentemente
• Ogni parte è a sua volta divisa in una serie di istruzioni
• Le istruzioni di ogni parte sono eseguite contemporaneamente su CPU diverse (una CPU può eseguire al massimo una operazione alla volta)
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Dal calcolo sequenziale al calcolo parallelo
IL CALCOLO SEQUENZIALE
Risolve un problema tramite un algoritmo, le cui istruzione sono eseguite in sequenza
Modello computazionale caratterizzato da un singolo processore
ES: Supponiamo di dover effettuare la somma di 8 numeri . Per eseguire la somma abbiamo bisogni di 7 somme, oltre ad un’assegnazione iniziale (somma=i[0]) .
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Dal calcolo sequenziale al calcolo parallelo
IL CALCOLO PARALLELO
Risolve lo stesso problema tramite un algoritmo le cui istruzioni sono eseguite in modo parallelo
Modello computazionale che prevede processori multipli e relativi meccanismi di cooperazione
Es: Supponiamo di dover effettuare la somma di 8
numeri con 4 CPU, ognuna delle quali effettua la somma di due variabili. In seguito 2 CPU effettuano la somma dei due risultati precedenti e 1 CPU somma alla fine i due risultati ottenuti.
Bastano 3 passi invece dei 7 precedenti.
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Perché il calcolo parallelo?
Risolvere problemi che risultano computazionalmente troppo onerosi anche per i più veloci supercomputer contemporanei
E’ possibile utilizzare il calcolo parallelo per risolvere:
• Un problema più grande nello stesso tempo (Scale-up)
•Lo stesso problema in minor tempo (Speed-up)
• Superare i vincoli di memoria
• Contenere i costi (N processori economici invece che 1 più costoso)
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Limiti hardware e software
Il calcolo parallelo necessita di strutture hardware in grado di effettuare la parallelizzazione ( servono più CPU)
Il software che si utilizza deve essere in grado di effettuare la ripartizione delle operazioni da assegnare alle diverse cpu
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Applicazioni e sviluppiLe principali applicazioni in cui tale tecnologia è
risultata fondamentale sono i casi simulazione numerica di sistemi molto complessi, cioè “Grand Challenge Problems”:
Modellazione del clima globale Simulazioni di reazioni chimiche e nucleari Studio del genoma umano Studio delle proprietà di materiali complessi Simulazione di attività geologica e sismica Progettazione di veicoli più efficienti e sicuri