Paralel İşlemci

Paralel İşleme Nedir ?

Paralel işleme, aynı anda birden fazla talimat gerçekleştirerek bir bilgisayarın performansını artırmak için kullanılır. Ardışık işlemeden farklı olarak, paralel mimari bir işi parçalara bölebilir ve bunları birden çok göreve ayırabilir. Bu, talimatların eşzamanlı yürütülmesinin mümkün olduğu anlamına gelir. Böylece bilgisayarın hesaplama hızı artar.

Paralel İşleme Nasıl Çalışır ?

Tipik olarak bir bilgisayar bilimcisi, karmaşık bir görevi bir yazılım aracıyla birden çok parçaya böler ve her parçayı bir işlemciye atar, ardından her işlemci kendi bölümünü çözer ve çözümü okumak veya görevi yürütmek için veriler bir yazılım aracı tarafından yeniden birleştirilir.

Tipik olarak, her işlemci normal şekilde çalışacak ve bilgisayarın belleğinden veri çekerek talimatlara göre işlemleri paralel olarak gerçekleştirecektir. İşlemciler ayrıca veri değerlerindeki değişikliklerle ilgili olarak senkronize kalabilmeleri için birbirleriyle iletişim kurmak için yazılıma güveneceklerdir. Tüm işlemcilerin birbiriyle senkronize olduğunu varsayarsak, bir görevin sonunda yazılım tüm veri parçalarını bir araya getirir.

Paralel İşleme Türleri

Birden çok paralel işleme türü vardır, en yaygın kullanılan türlerden ikisi SIMD ve MIMD’dir. SIMD veya tek komutlu çoklu veri, bir bilgisayarın iki veya daha fazla işlemciye sahip olacağı ve her işlemci farklı verileri işlerken aynı komut setini takip edeceği bir paralel işleme biçimidir. SIMD, tipik olarak, belirtilen aynı ölçütlere dayanan büyük veri kümelerini analiz etmek için kullanılır.

MIMD veya çoklu talimat çoklu veri, her bilgisayarın iki veya daha fazla kendi işlemcisine sahip olduğu ve verileri ayrı veri akışlarından alacağı başka bir yaygın paralel işleme biçimidir.

Daha az kullanılan başka bir paralel işleme türü, MISD’yi veya her işlemcinin aynı girdi verileriyle farklı bir algoritma kullanacağı çoklu talimat tek verilerini içerir.

Paralel İşleme İhtiyacı

Uygulama talepleri: Artan teknoloji ile modern uygulamalar daha fazla bilgi işlem döngüsü gerektirir. Örnekler arasında videolar, yüksek grafikli oyunlar, veritabanları, bilim modelleri vb.
Teknoloji Eğilimleri: Bir çip üzerindeki artan transistör sayısıyla birlikte, saat hızlarının yavaş da olsa artması bekleniyor.
Ekonomi: Geleneksel süper bilgisayarlarda kullanılan yüksek maliyetli bileşenler yerine, günümüzün mikroişlemcileri yüksek performans sunmakta ve çoklu işlemci desteğine sahiptir.

Paralel İşlemenin Avantajları

Bilgisayarların hızını ve verimliliğini artırır. Sıralı bilgi işlem, hızlı işlemcileri işleri verimsiz bir şekilde yapmaya zorlar.
Bilgisayarlar daha karmaşık ve daha kapsamlı sorunları çözmek için kullanılabilir. Tek bir web uygulamasının bu kadar çok veriyle her saniye milyonlarca isteği işlemesi gerekebilir.
Milyarlarca işlemi desteklemesi gereken bir sistem için (örneğin, banka yazılımı), paralel işleme işleri daha ucuz hale getirir.
Paralel bilgi işlem, donanım için daha uygundur çünkü seri bilgi işlem, işlemcilerin bilgi işlem gücünü boşa harcar.

Paralel İşlemenin Dezavantajları

Daha fazla donanım gerektiğinden bilgisayarların maliyetini artırır.
Çok çekirdekli mimariler daha fazla güç tüketir.
Paralel mimarilere ulaşmak zordur.
Paralel bir bilgi işlem sistemi, hedef mimariye bağlı olarak farklı kod ayarlarına ihtiyaç duyar.
Senkronizasyon ve veri aktarımları nedeniyle genel maliyeti artırır.

MIPS

MIPS nedir?

MIPS, MIPS Technologies, Inc. tarafından geliştirilen bir komut seti mimarisidir. Birçok modern bilgisayar işlemcisinde kullanılan İndirgenmiş Komut Seti Hesaplama (RISC) mimarisidir. MIPS komut seti basit ve anlaşılması kolay olacak şekilde tasarlanmıştır ve programcıların mimari için kod yazmasını kolaylaştırır. Ayrıca, hızlı ve verimli bir şekilde yürütülebilen talimatlarla yüksek verimli olacak şekilde tasarlanmıştır.

MIPS mimarisi basitlik ve verimlilik ilkelerine dayanmaktadır. Bu, talimatların küçük olduğu ve bunlarla ilişkili birkaç döngüye sahip olduğu anlamına gelir. Sonuç olarak, MIPS mimarisi için yazılan programlar, x86 ve ARM gibi daha karmaşık mimariler için yazılanlardan daha hızlı çalışma eğilimindedir. Ek olarak, MIPS komutları, performanslarını daha da artıran, hızlı bir şekilde çözülebilecek şekilde kodlanmıştır.

Bilgisayar Mimarisini Nasıl Etkiler?

MIPS mimarisi, gömülü sistemler, mobil cihazlar, iş istasyonları ve süper bilgisayarlar dahil olmak üzere çok çeşitli bilgisayar sistemlerinde kullanılır. Basit tasarımı, çalışması için daha az kaynak gerektirdiğinden bu sistemlerde kullanım için çok uygun hale getirir. Ek olarak, verimli talimat seti, onu düşük güçlü cihazlar için ideal hale getirir. Ek olarak, MIPS, verimli yönerge setinin performansı artırmaya yardımcı olabileceği yüksek performanslı bilgi işlem uygulamalarında sıklıkla kullanılır.

Bilgisayar Sistemleri için MIPS Mimarisinin Faydaları

Yeterlik:

MIPS mimarisinin ana faydalarından biri verimliliğidir. Basit talimat seti ve kodlaması, talimatları hızlı ve verimli bir şekilde yürütmeyi kolaylaştırır. Bu, MIPS mimarisi için yazılan programların, x86 ve ARM gibi daha karmaşık mimariler için yazılanlardan daha hızlı çalışma eğiliminde olduğu anlamına gelir.

Esneklik:

MIPS mimarisi de oldukça esnektir. Basit komut seti ve kodlaması, mimari için çok çeşitli uygulamaların yazılmasına izin verir. Bu, MIPS’nin düşük seviyeli gömülü sistemlerden yüksek performanslı bilgi işlem uygulamalarına kadar çeşitli farklı görevler için kullanılabileceği anlamına gelir.

Ölçeklenebilirlik:

Son olarak, MIPS mimarisi oldukça ölçeklenebilirdir. Bu, düşük kaliteli gömülü sistemlerden üst düzey süper bilgisayarlara kadar çeşitli sistemlerde kullanılabileceği anlamına gelir. Bu, onu geniş bir uygulama yelpazesi için ideal bir seçim haline getirir.

NIOS II

NIOS II Mimarisi

Nıos II, Altera alan programlanabilir kapı dizisi (FPGA) entegre devreler ailesi için özel olarak tasarlanmış 32 bit gömülü işlemci mimarisidir. Nıos II, orijinal Nıos mimarisine göre birçok iyileştirme içerir ve bu da onu dijital sinyal işlemeden (DSP) sistem kontrolüne kadar daha geniş bir gömülü bilgi işlem uygulamaları yelpazesi için daha uygun hale getirir.

Orijinal Nıos gibi, Nıos II mimarisi de tamamen Altera Fpga’ların programlanabilir mantık ve bellek bloklarında uygulanan bir RISC yumuşak çekirdekli mimaridir. Selefinden farklı olarak tam bir 32 bit tasarımdır:

32 genel amaçlı 32 bit kayıt,
Tam 32 bit komut seti, veri yolu ve adres alanı,
Tek komutlu 32 × 32, 32 bitlik bir sonuç üreterek çarpın ve bölün.

Nıos II işlemcinin softcore yapısı, sistem tasarımcısının kendi özel uygulama gereksinimlerine göre uyarlanmış özel bir Nıos II çekirdeği belirtmesine ve oluşturmasına olanak tanır. Sistem tasarımcıları, örneğin önceden tanımlanmış bir bellek yönetim birimi ekleyerek veya özel talimatlar ve özel çevre birimleri tanımlayarak Nıos II’nin temel işlevselliğini genişletebilir.

NIOS II İşlemci Özelliklerine Genel Bakış

Nıos II işlemci, kullanıcı tarafından istenen bir sistemin taleplerini karşılayacak şekilde yapılandırılabilen bir dizi özelliğe sahiptir. İşlemci üç farklı konfigürasyonda uygulanabilir:

Nıos II / f, üstün performans için tasarlanmış “hızlı” bir versiyondur. En geniş konfigürasyon kapsamına sahiptir
Nıos II / s, performansı düşürmek için bir takas olarak bir FPGA cihazında daha az kaynak gerektiren “standart” bir sürümdür.
Nıos II / e, en az miktarda FPGA kaynağı gerektiren, ancak aynı zamanda en sınırlı kullanıcı tarafından yapılandırılabilir özelliklere sahip olan bir “ekonomi” sürümüdür.