4. Які етапи можна виділити в процесі розв’язання будь-якої задачі на паралельному комп’ютері?

У процесі розв’язання будь-якої задачі на паралельному комп’ютері можна виділити такі етапи:

• формулювання задачі;

• вибір методу її розв’язання, декомпозиція алгоритму;

• вибір технології програмування;

• створення програми;

• виконання її на тому чи іншому комп’ютері.

5. У яких галузях виникають надскладні обчислювальні завдання?

Наведемо приклади лише деяких галузей, де виникають надскладні обчислювальні завдання:

• Проектування інженерних споруд, автомобілів, судів і літальних апаратів.

• Обчислювальна гідродинаміка.

• Прогнози погоди, клімату й глобальних змін в атмосфері.

• Науки про матеріали.

• Моделювання атмосфери й світового океану.

• Складання напівпровідникових приладів.

• Надпровідність.

• Структурна біологія.

• Розробка фармацевтичних препаратів.

• Генетика людини.

• Квантова хромодинаміка.

• Задачі математичної фізики.

• Астрофізика і космічні дослідження.

• Транспортні завдання.

• Гідро- й газодинаміка.

• Керований термоядерний синтез.

• Ефективність систем згоряння палива.

• Розвідка нафти й газу.

• Атомна енергетика й військові завдання.

• Обчислювальні задачі наук про світовий океан.

• Паралельні СКБД, електронна комерція й інформаційні системи.

• Бортові, вбудовані, real-time системи.

• Розпізнавання й синтез мови.

• Розпізнавання зображень.

6. Назвіть способи підвищення продуктивності комп’ютерів.

Основною характеристикою сучасних комп’ютерів є продуктивність, яка має на увазі кількість виконуваних операцій за одиницю часу операцій. Часто продуктивність комп’ютерів напряму пов’язують з тактовою частотою використовуваних процесорів, тобто швидкодією електроніки, але це не завжди так. Наприклад, продуктивність одного з найперших комп’ютерів EDSAC складала лише близько 100 операцій за секунду, тоді як пікова продуктивність одного з найпотужніших на сьогодні суперкомп’ютерів – Earth Simulator оцінюється в 40 трильйонів операцій за секунду. Таким чином, продуктивність збільшилася всього приблизно в 1000 разів порівняно з першими комп’ютерами. У цілому ж, за законом Мура, продуктивність обчислювальних систем подвоюється кожні 18 місяців.

За рахунок чого відбулося таке зростання продуктивності? Справа в тому, що в сучасних суперкомп’ютерах застосовується не один, а велика кількість процесорів, які паралельно розв’язують задачу. Без перебільшення можна сказати, що вся історія розвитку високопродуктивних обчислювальних систем – це історія реалізації ідей паралельної обробки на тому чи іншому етапі розвитку комп’ютерних технологій, природно, разом зі збільшенням частоти роботи електронних схем.

7. З якими проблемами можна зіштовхнутися під час використання багатопроцесорних систем?

Помічено, що емоційний стан людини, яка вперше зіштовхується з суперкомп’ютером, проходить кілька стадій. Спочатку відчуває, щось на кшталт ейфорії, начитавшись рекламних даних, стосовно комп’ютера і маючи передчуття швидкого розв’язання всіх своїх обчислювальних проблем.

Після першого запуску своєї програми в нього виникає здивування, що він щось зробив не так, оскільки реально досягнута продуктивність значно відрізняється від очікуваної. Він запускає програму вдруге, але результат, якщо й змінюється на краще, то незначно. Він іде до фахівця і тут на нього чекає справжній удар. Спочатку йому кажуть, що отримані ним 5% від пікової продуктивності комп’ютера є не таким уже й поганим результатом. А потім додають, що якщо він хоче «витиснути» з такої з такої обчислювальної системи максимум, то для нього вся робота тільки починається. По-перше, слід обійти можливі конфлікти в пам’яті й спробувати збалансувати обчислювальне навантаження між процесорами. По-друге, слід поміркувати стосовно оптимального розподілу даних, допомогти компілятору розібратися зі структурою програми, замінити послідовні частини алгоритму на паралельні. І, нарешті, слід зробити ще багато чого, що, власне кажучи, не було властиве роботі прикладного програміста. При цьому всі попередні проблеми, характерні для послідовних комп’ютерів і традиційного послідовного програмування, зрозуміло, залишаються.