KIẾN TRÚC CÁC HỆ THỐNG TÍNH TOÁN - CHƯƠNG 5 pdf

1
KIẾN TRÚC CÁC HỆ THỐNG TÍNH TOÁN
Nguyễn Phú Bình
Trần Trung Kiên
Bộ môn KTMT - Khoa CNTT
Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội
2
Lưu ý của tác giả
 Không được tự ý sao chép hay quảng bá bài giảng này khi chưa
được sự đồng ý của các tác giả.
 Địa chỉ liên hệ của các tác giả:
Nguyễn Phú Bình
Email:
Mobile: 0983533925
Website: />Trần Trung Kiên
Email:
Mobile: 0914919392
Bộ môn Kỹ thuật Máy tính
Khoa Công nghệ Thông tin
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
C1- P322, Tel: 8696125
Website:
3
Kiến trúc các hệ thống tính toán
Chương 5
Thuật toán song song
Nguyễn Phú Bình – Trần Trung Kiên
Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Tài liệu tham khảo:
Bài giảng tính toán song song (PGS,TS Nguyễn Đức Nghĩa)

4
 Thuật toán tuần tự là cơ sở cho các thao tác để giải
quyết các vấn đề trong các máy tính tuần tự.
 Thuật toán song song là cơ sở, cho biết cách thức để
giải quyết các vấn đề bằng cách sử dụng tính toán
song song.
5
 Một thuật toán song song bao gồm toàn bộ (hoặc một
trong số) các bước sau:
 Xác định được những phần công việc nào được thực hiện
đồng thời
 Ánh xạ các phần công việc tới các tiến trình để thực hiện đồng
thời
 Tổ chức dữ liệu vào, ra, và các dữ liệu trung gian
 Quản lý việc truy cập dữ liệu dùng chung bởi nhiều bộ xử lý
 Đồng bộ các bộ xử lý
6
Những khái niệm cơ bản:
 Phân rã bài toán (Decomposition): là quá trình chia nhỏ
một vấn đề lớn thành các phần nhỏ gọi là các nhiệm
vụ/công việc nhỏ (task / subjob)
 Các nhiệm nhỏ (task / subjob) có độ lớn tùy ý
7
 Ví dụ 1 :Phân rã bài toán nhân ma trận với véc tơ
Ma trận A kích thước n,n
Véc tơ b
Kết quả được ma trận y với:
y[i]= ∑
n
k=1

A[i.k] . b[k]
8
 Chia công việc thành n task
 Mỗi task thực hiện tính y[i] (i từ 1 tới n)
 Các task này hoàn toàn độc lập với nhau và có thể
thực hiện đồng thời
9
 Độ thị về sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các nhiệm công
việc (task-dependency graph):
10
 VD2: Thực hiện truy vấn cơ sở dữ liệu
11
 Câu truy vấn:
MODEL="Civic" AND YEAR="2001" AND
(COLOR="Green" OR COLOR="White")
12
13
 Tiến trình (Process): là một quá trình xử lý để thực hiện
1 task
 Mapping: Cơ chế để ánh xạ các task tới các process
14
 Các kỹ thuật phân rã (decomposition) bài toán:
 Phân rã đệ qui (Recursive decomposition)
 Phân rã theo dữ liệu (Data decomposition)
 Phân rã theo các khả năng có thể xảy ra
(exploratory decomposition)
15
Phân rã đệ qui
 Phân rã đệ qui: Bài toán được chia thành các task nhỏ
hơn, mỗi task nhỏ đó lại được áp dụng cách chia

tương tự như vậy.
 Ví dụ : Sắp xếp nhanh (quick sort):
-Giả sử cần sắp xếp 1 dãy A
-Chọn một phần tử x trong A làm mốc (chốt) và chia A
thành 2 phần A0 và A1: A0 gồm các phần từ nhỏ hơn
x, A1 gồm các phần tử không nhỏ hơn x. A0 và A1 lại
tiếp tục áp dụng cách thức như trên cho đến khi mỗi
phần chỉ gồm 1 phần tử
16
Phân rã đệ qui
17
Phân rã theo dữ liệu
 Phân rã theo dữ liệu:
 Partitioning Output Data
 Partitioning Input Data
 Partitioning both Input and Output Data
 Partitioning Intermediate Data
18
Phân rã theo dữ liệu
 Phân rã theo dữ liệu đầu ra:
 Các phần tử dữ liệu đầu ra có thể được tính độc lập nhau
 VD1: Nhận 2 ma trận:Chia theo dữ liệu đầu ra
19
Phân rã theo dữ liệu
 VD2:
20
Phân rã theo dữ liệu
21
Phân rã theo dữ liệu
 Phân rã theo dữ liệu đầu vào:

22
Phân rã theo dữ liệu
 Phân rã theo dữ liệu đầu vào và đầu ra
23
Phân rã theo dữ liệu
 Phân rã theo dữ liệu trung gian:
24
Phân rã theo dữ liệu
25
Phân rã theo các khả năng có thể xảy ra
 Phân rã theo các khả năng có thể xảy ra: Đối với
những bài toán cần duyệt và tìm ra phương án giải
quyết (vd: tìm nước cờ, tìm đường đi ngắn nhất,…),
không gian tìm kiếm sẽ được chia nhỏ và thực hiện
trên từng tiến trình.
 VD: