• Home
  • /
  • Blog
  • /
  • المعالجة المتوازية – شرح 3 بنى مهمة

المعالجة المتوازية – شرح 3 بنى مهمة

Parallel processing

This post is also available in: English (الإنجليزية) हिन्दी (الهندية)

ما هي المعالجة المتوازية؟

يمكن وصف المعالجة المتوازية بأنها فئة من التقنيات التي تمكن النظام من تحقيق مهام معالجة البيانات المتزامنة لزيادة السرعة الحاسوبية لنظام الكمبيوتر.

يمكن لنظام المعالجة المتوازية إجراء معالجة بيانات متزامنة لتحقيق وقت تنفيذ أسرع. على سبيل المثال ، أثناء معالجة التعليمات في مكون ALUلوحدة المعالجة المركزية ، يمكن قراءة التعليمات التالية من الذاكرة.

الغرض الأساسي من المعالجة المتوازية هو تعزيز قدرة معالجة الكمبيوتر وزيادة الإنتاجية ، أي مقدار المعالجة التي يمكن إنجازها خلال فترة زمنية معينة.

لماذا المعالجة المتوازية مطلوبة؟

وحدة المعالجة المركزية هي معالج دقيق – محرك حوسبة على شريحة. في حين أن المعالجات الدقيقة الحديثة صغيرة ، إلا أنها قوية أيضًا. يمكنهم تفسير ملايين التعليمات في الثانية. ومع ذلك ، هناك بعض المشكلات الحسابية شديدة التعقيد بحيث تتطلب معالجًا دقيقًا قويًا سنوات لحلها.

يستخدم علماء الكمبيوتر طرقًا مختلفة لمعالجة هذه المشكلة. يتمثل أحد الأساليب المحتملة في الضغط من أجل معالجات دقيقة أكثر قوة. عادة ، هذا يعني إيجاد طرق لتناسب المزيد من الترانزستورات على شريحة معالج دقيق. يقوم مهندسو الكمبيوتر بالفعل ببناء معالجات دقيقة باستخدام ترانزستورات لا يتجاوز عرضها بضع عشرات من النانومترات.

يتطلب بناء معالجات دقيقة أكثر قوة عملية إنتاج مكثفة ومكلفة. تستغرق بعض المشكلات الحسابية سنوات لحلها حتى مع الاستفادة من معالج دقيق أكثر قوة. جزئيًا بسبب هذه العوامل ، يستخدم علماء الكمبيوتر أحيانًا نهجًا مختلفًا ، أي المعالجة المتوازية.

بشكل عام ، تعني المعالجة المتوازية أن اثنين على الأقل من المعالجات الدقيقة يتعاملان مع أجزاء من مهمة عامة. المفهوم بسيط للغاية: يقسم عالم الكمبيوتر مشكلة معقدة إلى أجزاء مكونة باستخدام برنامج خاص مصمم خصيصًا للمهمة. ثم يقوم بتعيين كل جزء مكون إلى معالج مخصص. يحل كل معالج الجزء الخاص به من المشكلة الحسابية الشاملة. يقوم البرنامج بإعادة تجميع البيانات للوصول إلى النتيجة النهائية للمشكلة المعقدة الأصلية.

ما هي طرق المعالجة المتوازية المختلفة؟

هناك أنواع متعددة من المعالجة المتوازية ، ولكن الأنواع الثلاثة الأكثر استخدامًا هي

  • تعليمات متعددة للبيانات (SIMD)
  • بيانات متعددة التعليمات متعددة (MIMD)
  • بيانات مفردة متعددة التعليمات (MISD)

تعليمات مفردة للبيانات (SISD)

SISD تعني “التعليمات الفردية وتدفق البيانات الفردي”. يمثل تنظيم جهاز كمبيوتر واحد يحتوي على وحدة تحكم ووحدة معالج ووحدة ذاكرة.

يتم تنفيذ التعليمات بالتسلسل ، وقد يكون للنظام إمكانيات معالجة موازية داخلية أو لا.

تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر التقليدية على بنية SISD تسمى أيضًا هندسة Von-Neumann.

تعليمات بسيطة متعددة البيانات (SIMD)

تعد معالجة SIMD ، التي يتم فيها تطبيق تعليمات فردية على بيانات متعددة ، مناسبة لمعالجة الوسائط المتعددة ، وبالتالي يتم تنفيذها في المعالجات المعاصرة.

البيانات المتعددة ذات التعليمات الفردية (SIMD) ، كما يوحي الاسم ، تأخذ عملية محددة في تعليمة واحدة وتطبقها على أكثر من مجموعة واحدة من عناصر البيانات في نفس الوقت. على سبيل المثال ، في المعالجات الدقيقة التقليدية ، ستجمع عملية الإضافة زوجًا واحدًا من المعاملات وتنتج نتيجة واحدة. في معالجة SIMD ، يتم إضافة عدد من أزواج المعاملات المستقلة معًا لإنتاج نفس العدد من المجاميع المستقلة. يوضح الشكل التالي المعالجة التقليدية ومعالجة SIMD.

المعالجة المتوازية

بيانات متعددة التعليمات متعددة (MIMD)

تشير البيانات المتعددة ذات التعليمات المتعددة إلى بنية متوازية ، والتي ربما تكون أكثر أنواع المعالجات المتوازية شيوعًا وأكثرها شيوعًا. هدفها الرئيسي هو تحقيق التوازي.

تشتمل بنية MIMD على مجموعة من المعالجات N- الفردية ، والمترابطة بإحكام. يتضمن كل معالج ذاكرة يمكن أن تكون مشتركة بين جميع المعالجات ولا يمكن الوصول إليها مباشرة بواسطة المعالجات الأخرى.

تتضمن بنية MIMD معالجات تعمل بشكل مستقل وغير متزامن. قد تقوم المعالجات المختلفة بتنفيذ تعليمات مختلفة في أي وقت على أجزاء مختلفة من البيانات.

هناك نوعان من هندسة MIMD:

  • هندسة الذاكرة المشتركة MIMD
  • هندسة الذاكرة الموزعة MIMD

تتميز بنية الذاكرة المشتركة MIMD بالخصائص التالية:

  • يقوم بإنشاء مجموعة من وحدات ومعالجات الذاكرة.
  • يستطيع أي معالج الوصول مباشرة إلى أي وحدة ذاكرة عن طريق شبكة ربط بيني.
  • تحدد مجموعة وحدات الذاكرة مساحة عنوان عالمية مشتركة بين المعالجات.

من المزايا الرئيسية لنوع البنية أنه سريع جدًا في البرمجة نظرًا لعدم وجود اتصالات صريحة بين المعالجات مع الاتصالات التي تتم معالجتها من خلال مخزن الذاكرة العالمي.

تتميز بنية الذاكرة الموزعة MIMD بالخصائص التالية:

  • استنساخ أزواج الذاكرة / المعالج ، والمعروفة باسم عنصر المعالجة (PE) ، وربطها باستخدام شبكة ربط بيني.
  • يمكن لكل خبير شخصي التواصل مع الآخرين عن طريق إرسال الرسائل.

من خلال توفير كل معالج ذاكرته الخاصة ، تتجاوز بنية الذاكرة الموزعة الجوانب السلبية لبنية الذاكرة المشتركة. يمكن للمعالج الوصول فقط إلى الذاكرة المتصلة به مباشرة.

في حالة احتياج المعالج لبيانات موجودة في ذاكرة المعالج البعيد ، فيجب على المعالج إرسال رسالة إلى المعالج البعيد ، لطلب البيانات المطلوبة.

يمكن الوصول إلى الذاكرة المحلية بطريقة أسرع بدلاً من الوصول إلى البيانات الموجودة على معالج بعيد. علاوة على ذلك ، إذا كانت المسافة الفعلية للمعالج البعيد أكبر ، فسيستغرق الوصول إلى البيانات البعيدة وقتًا أطول.

المعالجة المتوازية

بيانات مفردة متعددة التعليمات (MISD)

نظام حوسبة البيانات الفردية متعددة التعليمات عبارة عن آلة متعددة المعالجات قادرة على تنفيذ تعليمات مختلفة على PEs مختلفة ولكن جميعها تعمل على نفس مجموعة البيانات.

يقوم النظام بعمليات مختلفة على نفس مجموعة البيانات. تعد الآلات التي تم إنشاؤها باستخدام نموذج MISD مفيدة في معظم التطبيقات. تم بناء عدد قليل من الآلات ، ولكن لا يتوفر أي منها تجاريًا.

المعالجة المتوازية
{"email":"Email address invalid","url":"Website address invalid","required":"Required field missing"}
>