تكنولوجيا

ما هي المعالجة المتوازية ؟.. وكيف تعمل

ما هي المعالجة المتوازية

المعالجة المتوازية هي طريقة لحساب تشغيل وحدتي CPU أو أكثر للتعامل مع أجزاء منفصلة من مهمة مشتركة. سيساعد تقسيم أجزاء مختلفة من المهمة بين معالجات متعددة على تقليل مقدار الوقت اللازم لتشغيل البرنامج. يمكن لأي نظام به أكثر من وحدة معالجة مركزية إجراء معالجة متوازية ، بالإضافة إلى المعالجات متعددة النواة الشائعة في أجهزة الكمبيوتر اليوم.

المعالجات متعددة النواة عبارة عن شرائح IC التي تحتوي على معالجين أو أكثر من أجل أداء أفضل ، واستهلاك أقل للطاقة ، ومعالجة أكثر كفاءة لتعدد المهام. تشبه هذه الإعدادات متعددة النواة وجود معالجات متعددة ومنفصلة مثبتة في نفس الكمبيوتر. من اثنين إلى أربعة مراكز ، حتى 12 مركزًا ، تُستخدم المعالجة المتوازية بشكل شائع لأداء المهام والحسابات المعقدة ، وعادة ما يستخدم علماء البيانات المعالجة المتوازية لمهام الحوسبة كثيفة البيانات في هذا السياق سوف نقدم من خلال موقعي كيف تعمل المعالجة المتوازية.

كيف تعمل المعالجة المتوازية

عادةً ما يقسم عالم الكمبيوتر مهمة معقدة إلى أجزاء متعددة باستخدام أداة برمجية ويخصص كل جزء للمعالج ، ثم يحل كل معالج الجزء الخاص به ، ويتم إعادة تجميع البيانات بواسطة أداة برمجية لقراءة الحل أو أداء المهمة. عند إجراء العمليات بالتوازي وفقًا للتعليمات ، وسحب البيانات من ذاكرة الكمبيوتر ، ستعتمد المعالجات أيضًا على برامج للتواصل مع بعضها البعض حتى يتمكنوا من الاستمرار في المزامنة فيما يتعلق بالتغييرات في قيم البيانات ، على افتراض أن جميع المعالجات تظل في المزامنة مع بعضها البعض ، في نهاية المهمة ، سوف يناسب البرنامج جميع أجزاء البيانات معًا ، ويمكن استخدام أجهزة الكمبيوتر التي لا تحتوي على معالجات متعددة في المعالجة المتوازية إذا تم ربطها معًا لتشكيل مجموعة.

شاهد أيضاً:   طريقة فتح قفل السامسونج إذا نسيت الرقم السري

أنواع المعالجة المتوازية

هناك العديد من أنواع المعالجة المتوازية ، وأكثرها شيوعًا هما SIMD و MIMD. SIMD أو البيانات المتعددة ذات التعليمات الفردية هي شكل من أشكال المعالجة المتوازية حيث يكون للكمبيوتر معالجان أو أكثر ينفذان نفس مجموعة التعليمات بينما يعالج كل معالج بيانات مختلفة ، وعادة ما تستخدم IMD لتحليل مجموعات البيانات الكبيرة التي تستند إلى نفس معايير محددة.

  • يعد MIMD شكلًا شائعًا آخر للمعالجة المتوازية حيث يحتوي كل كمبيوتر على اثنين أو أكثر من المعالجات الخاصة به ويحصل على البيانات من تدفقات بيانات منفصلة.
  • نوع آخر أقل شيوعًا من المعالجة المتوازية يتضمن MISD ، وهي بيانات مفردة بتعليمات متعددة يستخدم فيها كل معالج خوارزمية مختلفة بنفس المدخلات.

تاريخ المعالجة المتوازية

على أقدم أجهزة الكمبيوتر ، سيتم تشغيل برنامج واحد فقط في كل مرة. سيستغرق تشغيل برنامج حسابي مكثف يستغرق ساعة واحدة وبرنامج نسخ شريط استغرق ساعة واحدة للتشغيل ما مجموعه ساعتين. سمح شكل مبكر من المعالجة المتوازية بالتنفيذ المتشابك لكلا البرنامجين معًا. سيبدأ الكمبيوتر عملية الإدخال / الإخراج ، وأثناء انتظار اكتمال العملية ، سيقوم بتنفيذ برنامج كثيف المعالج ، وسيكون إجمالي وقت التنفيذ للوظيفتين أكثر من ساعة واحدة بقليل.

التحسين التالي كان البرمجة المتعددة. في نظام متعدد البرامج ، تم السماح للبرامج المتعددة التي يوفرها المستخدمون باستخدام المعالج لفترة قصيرة. بالنسبة للمستخدمين ، كانت جميع البرامج تعمل في نفس الوقت. ظهرت مشاكل تعارض الموارد أولاً في هذه الأنظمة. تؤدي الطلبات الصريحة للموارد إلى مشكلة طريق مسدود ، حيث تؤدي الطلبات المتزامنة للموارد بشكل فعال إلى منع البرنامج من الوصول إلى المورد ، ويؤدي التنافس على الموارد على الأجهزة دون تعليمات للفصل إلى إجراء روتيني للقسم الحرج.

شاهد أيضاً:   لا يمكن أن نحصل على قائمة نتائج للمعلومات في صفحات كثيرة

كانت معالجة المتجهات محاولة أخرى لزيادة الأداء عن طريق القيام بأكثر من شيء واحد في وقت واحد ، وفي هذه الحالة ، تمت إضافة القدرات إلى الأجهزة للسماح بتعليمة واحدة بإضافة (أو طرح ، أو مضاعفة ، أو معالجة) صفيفتين من الأرقام ، كان هذا ذا قيمة في بعض التطبيقات الهندسية حيث تحدث البيانات بشكل طبيعي في شكل متجهات أو مصفوفات ، في التطبيقات التي تحتوي على بيانات أقل تشكيلًا جيدًا ، لم تكن معالجة المتجهات ذات قيمة كبيرة.

كانت الخطوة التالية في المعالجة المتوازية هي إدخال المعالجة المتعددة. في هذه الأنظمة ، يشترك معالجان أو أكثر في العمل الذي يتعين القيام به. كان للإصدارات القديمة تكوين رئيسي / تابع ، وتمت برمجة معالج واحد (المعالج الرئيسي) ليكون مسؤولاً عن جميع الأعمال في النظام ، والآخر يؤدي فقط تلك المهام الموكلة إليه من قبل السيد ، وكان هذا الترتيب ضروريًا لأنه كان لا يفهم كيفية برمجة الآلات حتى يتمكنوا من التعاون في إدارة موارد النظام.

أساسيات هندسة المعالجة المتوازية

يمكن العثور على بنيات الحوسبة المتوازية في مجموعة متنوعة من أجهزة الكمبيوتر المتوازية ، مصنفة حسب المستوى الذي يدعم فيه الجهاز التوازي. تعمل تقنيات هندسة وبرمجة الكمبيوتر الموازية معًا لاستخدام هذه الأجهزة بكفاءة. تشمل فئات معماريات الكمبيوتر المتوازية ما يلي:

  • الحوسبة متعددة النواة

المعالج متعدد النواة عبارة عن دائرة متكاملة لمعالج الكمبيوتر مع اثنين أو أكثر من مراكز المعالجة المنفصلة ، كل منها ينفذ تعليمات البرنامج بالتوازي. superscalar أو ناقل أو VLIW. يتم تصنيف الهياكل متعددة النواة إما على أنها متجانسة ، والتي تتضمن فقط نوى متطابقة ، أو غير متجانسة ، والتي تتضمن نوى غير متطابقة.

  • المعالجة المتعددة المتماثلة
شاهد أيضاً:   الفرق بين ذاكرة الوصول العشوائي SRAM وDRAM

أجهزة الكمبيوتر متعددة المعالجات وبنية البرامج التي يتم فيها التحكم في اثنين أو أكثر من المعالجات المتجانسة المستقلة بواسطة مثيل نظام تشغيل واحد يعامل جميع المعالجات على قدم المساواة ومتصل بذاكرة رئيسية مشتركة واحدة مع وصول كامل إلى جميع الموارد والأجهزة المشتركة ، كل معالج يحتوي على ذاكرة تخزين كبيرة السعة جهاز توقيت خاص يمكن توصيله عبر شبكات على الشريحة ويمكن تشغيله في أي مهمة ، بغض النظر عن مكان البيانات الخاصة بهذه المهمة في الذاكرة.

  • الحوسبة الموزعة 

توجد مكونات النظام الموزعة على أجهزة كمبيوتر مختلفة متصلة بالشبكة تقوم بتنسيق إجراءاتها من خلال اتصال HTTP خالص وموصلات تشبه RPC وقوائم انتظار الرسائل. هناك الكثير من التداخل في الحوسبة الموزعة والمتوازية ، وتستخدم المصطلحات أحيانًا بالتبادل. ️

  • الحوسبة المتوازية الضخمة

تشير إلى استخدام العديد من أجهزة الكمبيوتر أو معالجات الكمبيوتر لتنفيذ مجموعة من العمليات الحسابية في وقت واحد على التوازي، تتضمن إحدى المقاربات تجميع العديد من المعالجات في كتلة حاسوبية مركزية محكمة التنظيم ، طريقة أخرى هي الحوسبة الشبكية ، حيث تعمل العديد من أجهزة الكمبيوتر الموزعة على نطاق واسع معًا وتتواصل عبر الإنترنت لحل مشكلة معينة.

تشمل معماريات الكمبيوتر المتوازية الأخرى أجهزة الكمبيوتر المتوازية المتخصصة، والحوسبة العنقودية، و الحوسبة الشبكية، والمعالجات المتجهة، والدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات، والحوسبة ذات الأغراض العامة على وحدات معالجة الرسومات ( GPGPU )، والحوسبة القابلة لإعادة التشكيل باستخدام مصفوفات البوابة القابلة للبرمجة الميدانية، وتكون الذاكرة الرئيسية في أي بنية كمبيوتر متوازية هي إما ذاكرة موزعة أو ذاكرة مشتركة.

زر الذهاب إلى الأعلى