Ti u lu n môn h cể ậ ọ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U Ứ KHOA H C TRONG TIN H CỌ Ọ ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SÁNG TẠO TRONG THIẾT KẾ THUẬT TOÁN SONG SONG Các bài toán trong th c t ngày càng khó khănự ế ◦ Kh i lư ng d li u c n tính toán tăng lênố ợ ữ ệ ầ ◦ Gi i thu t tính toán ngày càng ph c t pả ậ ứ ạ ◦ Th i gian th c thi đòi h i ngày càng ítờ ự ỏ “ software is getting slower more rapidly than hardware becomes faster” (Wirth's law) 1. Gi i thi uớ ệ 1. Gi i thi uớ ệ Đồ họaThời tiết Quân sựChứng khoán  T đó phát sinh tính toán song songừ “ cách x lí thông tin b ng vi c s d ng nhi u hơn m t ử ằ ệ ử ụ ề ộ b x lí đ th c hi n nhi u hơn m t thao tác trên d ộ ử ể ự ệ ề ộ ữ li u t i m t th i đi m”ệ ạ ộ ờ ể  Tính toán song song c c bụ ộ  Tính toán phân tán 1. Gi i thi uớ ệ  Ki n trúc SISD (single ế Instruction stream, single Data stream) 2. Hardware Đơn vị điều khiển Bộ xử lí số học Bộ nhớ Luồng kết quả Dòng lệnh Luồng dữ liệu  Ki n trúc SIMD (single ế Instruction stream, multiple Data stream) 2. Hardware Đơn vị điều khiển Phần tử xử lí 1 Phần tử xử lí 2 Phần tử xử lí n  Ki n trúc MISD (multiple ế Instruction stream, single Data stream) 2. Hardware Đơn vị điều khiển1 Đơn vị điều khiển 2 Đơn vị điều khiển n Phần tử xử lí 1 Phần tử xử lí 2 Phần tử xử lí n Dòng lệnh 1 Dòng lệnh 2 Dòng lệnh n . . . . . .  Ki n trúc MIMD (multiple ế Instruction stream, multiple Data stream) 2. Hardware Đơn vị điều khiển1 Đơn vị điều khiển 2 Đơn vị điều khiển n Phần tử xử lí 1 Phần tử xử lí 2 Phần tử xử lí n Dòng lệnh 1 Dòng lệnh 2 Dòng lệnh n . . . . . . Luồng dữ liệu 1 Luồng dữ liệu 2  Ph n c ng song song ch đư c t n d ng hi u ầ ứ ỉ ợ ậ ụ ệ qu v i các thu t toán tính toán song song.ả ớ ậ  Thu t toán song song là m t t p các ti n ậ ộ ậ ế trình ho c các tác v có th th c hi n đ ng ặ ụ ể ự ệ ồ th i và có th trao đ i d li u v i nhau đ ờ ể ổ ữ ệ ớ ể k t h p cùng gi i m t bài toánế ợ ả ộ ◦ Song song hóa các thu t toán tu n t c đi nậ ầ ự ổ ể ◦ Thi t k thu t toán hoàn toàn m iế ế ậ ớ 3. Software  Các giai đo n thi t k thu t toán song songạ ế ế ậ ◦ Partitioning: Chia nh d li u và các thao tác tính ỏ ữ ệ toán ◦ Communication: Thi t l p s ph i h p gi a các tác ế ậ ự ố ợ ữ v qua cơ ch truy n thông thích h pụ ế ề ợ ◦ Agglomeration: K t h p các tác v đ cân b ng ế ợ ụ ể ằ hi u năng và chi phíệ ◦ Mapping: Phân chia tác v cho các b x lí sao cho ụ ộ ử t n d ng h t t i đa s c m nh c a chúngậ ụ ế ố ứ ạ ủ 3. Software [...]...4 Áp d ụng TRIZ      Các kỹ thuật sáng tạo thường áp dụng trong thiết kế thuật toán song song Nguyên Nguyên Nguyên Nguyên … lí lí lí lí chia để trị lập lịch đường ống phát triển nhân đôi Nguyên lí chia đ ể tr ị   Biện pháp thông dụng nhất để giải quyết vấn đề Chia nhỏ công việc thành các phần con độc lập tương đối, giải quyết đồng thời từng vấn để nhỏ,... cây nhị phân Sau khi các bộ xử lí tính toán xong tác vụ ở node lá, lập lịch lại để tiếp tục tính toán ở các node tầng tiếp theo Nguyên lí đư ờng ống   Áp dụng trong trường hợp muốn thực hiện một dãy các thao tác theo trình tự {P1, P2,…, Pn} trong đó một số bước của Pi+1 có thể thực hiện trước khi Pi kết thúc Phối hợp với nguyên lí lập lịch để tận dụng hiệu quả tài nguyên tính toán Nguyên lí phát tri... tổng trong mảng có n phần tử Phân rã các phần tử thành n/log(n) nhóm, mỗi nhóm có log(n) phần tử Chia mỗi nhóm cho một bộ xử lí, thời gian thực hiện là O(log(n)) Cộng kết quả thu được từ mỗi bộ xử lí, thời gian thực hiện là O(log(n/log(n))) ≡ O(log(n))  Nguyên lí l ập l ịch   Tìm cách giảm tối thiểu các bộ xử lí trong thuật toán mà không làm tăng thời gian tính toán Thời gian thực hiện của chương trình. .. nguyên tính toán Nguyên lí phát tri ển nhân đôi   Tại mỗi bước trong quá trình tính toán, mỗi bộ xử lí lại tự nhân đôi số phần tử tính toán của nó Phát triển mở rộng theo cấu trúc nhị phân Nguyên lí phát tri ển nhân đôi     Ví dụ: Bài toán xếp hạng (ranking) các phần tử trong danh sách liên kết đôi Ban đầu, mỗi node chỉ biết node kế cận nó Sau mỗi bước, số node biết được lại tăng lên gấp đôi Sau... mỗi bước, số node biết được lại tăng lên gấp đôi Sau nhiều nhất là log(n) bước, duyệt hết danh sách xếp hạng Tài li ệu tham kh ảo     Bài giảng “Phương pháp luận sáng tạo khoa học” GS.TSKH Hoàng Văn Kiếm Phương pháp luận sáng tạo khoa học – kỹ thuật GS.TS Phan Dũng Introduction to Parallel Computing, Second Edition Annath Grama, Anshul Gupta, George Karypis, Vipin Kuma http://www.cs.uncc.edu/~abw/parallel/par_prog . Ti u lu n môn h cể ậ ọ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U Ứ KHOA H C TRONG TIN H CỌ Ọ ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SÁNG TẠO TRONG THIẾT KẾ THUẬT TOÁN SONG SONG Các bài toán trong th c t ngày càng khó khănự. liệu 2  Ph n c ng song song ch đư c t n d ng hi u ầ ứ ỉ ợ ậ ụ ệ qu v i các thu t toán tính toán song song.ả ớ ậ  Thu t toán song song là m t t p các ti n ậ ộ ậ ế trình ho c các tác v có th th. cùng gi i m t bài toán ợ ả ộ ◦ Song song hóa các thu t toán tu n t c đi nậ ầ ự ổ ể ◦ Thi t k thu t toán hoàn toàn m iế ế ậ ớ 3. Software  Các giai đo n thi t k thu t toán song songạ ế ế ậ ◦ Partitioning: