KIẾN TRÚC CÁC HỆ THỐNG TÍNH TOÁN - CHƯƠNG 5 pdf

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 li

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: ngphubinh@yahoo.com Mobile: 0983533925

Website: http://phubinh.vicosoft.com/ktmt

Trần Trung Kiên

Email: trankien_bk@yahoo.com 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: http://ktmt.shorturl.com

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)

 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 đểgiải quyết các vấn đề bằng cách sử dụng tính toán

song song

 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

Những khái niệm cơ bản:

 Phân rã bài toán (Decomposition): là quá trình chia nhỏmột 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

 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

 Độ thị về sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các nhiệm công việc (task-dependency graph):

 VD2: Thực hiện truy vấn cơ sở dữ liệu

 Câu truy vấn:

MODEL="Civic" AND YEAR="2001" AND

(COLOR="Green" OR COLOR="White")

12

 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

 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)

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

16Phân rã đệ qui

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

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

19Phân rã theo dữ liệu

 VD2:

20Phân rã theo dữ liệu

21Phân rã theo dữ liệu

 Phân rã theo dữ liệu đầu vào:

22Phân rã theo dữ liệu

 Phân rã theo dữ liệu đầu vào và đầu ra

23Phân rã theo dữ liệu

 Phân rã theo dữ liệu trung gian:

24Phân rã theo dữ liệu

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:

Phân rã theo các khả năng có thể xảy ra

Phân rã theo các khả năng có thể xảy ra

Một số thuật toán song song

 Ngôn ngữ mô tả thuật toán

 Các thuật toán song song

… End for

 Vòng lặp While

While đieukiên Do S2

S2

… End While

Ngôn ngữ mô tả thuật toán

 Cấu trúc thể hiện song song

 Cấu trúc 1:

For biến=1 to n do in parallel

S1 S2

… End parallel

 Cấu trúc 2:

For x € S do in parallel S1

S2

… End parallel

 Các thuật toán song song: