محكم (الكترونيات)
المحكمون هم أجهزة إلكترونية تقوم بتخصيص الوصول إلى الموارد المشتركة.
محكم الحافلة
هناك طرق متعددة لإجراء تحكيم ناقل الكمبيوتر ، وأكثرها شيوعًا هي: [1] [2]
- متوازي مركزي ديناميكي حيث يتم استخدام محكم مركزي واحد لجميع الأساتذة كما هو موضح في هذه المقالة؛
- تسلسل مركزي (أو "سلسلة متسلسلة") حيث يقوم السيد النشط، عند الوصول إلى الناقل، بتمرير الفرصة إلى التالي. في الأساس، يحتوي كل سيد متصل على محكمه الخاص؛
- التحكيم الموزع عن طريق الاختيار الذاتي (التحكيم الموزع للحافلات) حيث يتم منح الوصول ذاتيًا استنادًا إلى القرار المتخذ محليًا باستخدام المعلومات من أساتذة آخرين؛
- التحكيم الموزع عن طريق اكتشاف الاصطدام حيث يحاول كل سيد الوصول إلى الناقل بمفرده، لكنه يكتشف التعارضات ويعيد محاولة العمليات الفاشلة.
مُحكم الحافلة هو جهاز يستخدم في نظام حافلة متعدد الأساتذة لتحديد أي مُحكم حافلة سيُسمح له بالتحكم في الحافلة لكل دورة حافلة. النوع الأكثر شيوعًا من مُحكم الحافلة هو مُحكم الذاكرة في نظام حافلة النظام .
مُحكم الذاكرة هو جهاز يستخدم في نظام الذاكرة المشتركة ليقرر، لكل دورة ذاكرة، أي وحدة معالجة مركزية سيُسمح لها بالوصول إلى تلك الذاكرة المشتركة. [3] [4] [5]
تعتمد بعض التعليمات الذرية على المحكم لمنع وحدات المعالجة المركزية الأخرى من قراءة الذاكرة "في منتصف الطريق" من خلال تعليمات القراءة والتعديل والكتابة الذرية .
يتم عادةً دمج محكم الذاكرة في وحدة تحكم الذاكرة / وحدة تحكم DMA .
تحتوي بعض الأنظمة، مثل PCI التقليدية ، على جهاز تحكيم ناقل مركزي واحد يمكن الإشارة إليه باعتباره "محكم الناقل"، والذي كان مدمجًا عادةً في مجموعة الشرائح. [6] تستخدم أنظمة أخرى تحكيم ناقل لامركزي، حيث تتعاون جميع الأجهزة لتحديد من سيذهب بعد ذلك. [7] [8]
عندما يكون لكل وحدة معالجة مركزية متصلة بمحكم الذاكرة دورات وصول متزامنة للذاكرة، يمكن تصميم محكم الذاكرة كمحكم متزامن. وإلا فيجب تصميم محكم الذاكرة كمحكم غير متزامن.
المحكمون غير المتزامنون
يتم استخدام شكل مهم من أشكال الحكم في الدوائر غير المتزامنة لاختيار ترتيب الوصول إلى مورد مشترك بين الطلبات غير المتزامنة. تتمثل وظيفته في منع حدوث عمليتين في وقت واحد عندما لا ينبغي لهما ذلك. على سبيل المثال، في جهاز كمبيوتر يحتوي على وحدات معالجة مركزية متعددة أو أجهزة أخرى يمكنها الوصول إلى ذاكرة الكمبيوتر ، ولديه أكثر من ساعة واحدة ، هناك احتمال أن تأتي الطلبات من مصدرين غير متزامنين في نفس الوقت تقريبًا. يمكن أن يكون "تقريبًا" قريبًا جدًا في الوقت، في نطاق أقل من الفمتوثانية . يجب على حكم الذاكرة بعد ذلك أن يقرر أي طلب يجب خدمته أولاً. لسوء الحظ، ليس من الممكن القيام بذلك في وقت ثابت [أندرسون 1991]. [ بحاجة لتوضيح ]
المحكمون غير المتزامنون وعدم الاستقرار
يقوم المحكمون بكسر التعادلات. مثل دائرة التقليب ، يكون لدى المحكم حالتان مستقرتان تتوافقان مع الخيارين. إذا وصل طلبان إلى محكم في غضون بضعة بيكو ثانية ( فيمتوثانية اليوم ) من بعضهما البعض، فقد تصبح الدائرة مستقرة قبل الوصول إلى إحدى حالاتها المستقرة لكسر التعادل. تم تصميم المحكمين الكلاسيكيين خصيصًا لعدم التذبذب بشكل كبير عندما تكون مستقرة بشكل شبه مستقر وللتحلل من الاستقرار شبه المستقر بأسرع ما يمكن، عادةً باستخدام طاقة إضافية. تقل احتمالية عدم الوصول إلى حالة مستقرة بشكل كبير مع مرور الوقت بعد توفير المدخلات.
تم العثور على حل موثوق به لهذه المشكلة في منتصف السبعينيات. على الرغم من أنه من غير الممكن إنشاء محكم يتخذ قرارًا في وقت ثابت، إلا أنه من الممكن جعل المحكم الذي يستغرق أحيانًا وقتًا أطول قليلاً في الحالة الصعبة (المكالمات القريبة) يعمل. من الضروري استخدام دائرة مزامنة متعددة المراحل تكتشف أن المحكم لم يستقر بعد في حالة مستقرة. ثم يؤخر المحكم المعالجة حتى يتم تحقيق حالة مستقرة. من الناحية النظرية، يمكن أن يستغرق المحكم وقتًا طويلاً بشكل تعسفي للاستقرار (انظر مبدأ بوريدان )، ولكن في الممارسة العملية، نادرًا ما يستغرق الأمر أكثر من بضع مرات تأخير للبوابة . الورقة الكلاسيكية هي [Kinniment and Woods 1976]، والتي تصف كيفية بناء "قلاب ثلاثي الحالات" لحل هذه المشكلة، و [Ginosar 2003]، تحذير للمهندسين بشأن الأخطاء الشائعة في تصميم المحكم.
هذه النتيجة ذات أهمية عملية كبيرة، حيث إن أجهزة الكمبيوتر متعددة المعالجات لن تعمل بشكل موثوق بدونها. يعود تاريخ أول أجهزة الكمبيوتر متعددة المعالجات إلى أواخر ستينيات القرن العشرين، أي قبل تطوير أجهزة التحكيم الموثوقة. عانت بعض أجهزة المعالجة المتعددة المبكرة ذات الساعات المستقلة لكل معالج من ظروف سباق التحكيم ، وبالتالي عدم الموثوقية. اليوم، لم تعد هذه مشكلة.
حكام متزامنون
تُستخدم المحكمات في السياقات المتزامنة أيضًا من أجل تخصيص الوصول إلى مورد مشترك. يُعد محكم الموجة الأمامية مثالاً على محكم متزامن موجود في نوع واحد من مفاتيح الشبكة الكبيرة .
مراجع
- ^ نورجارد 2012، ص 297.
- ^ جوتليب 1999.
- ^ مايكل فينجروف. "الكتاب الأزرق للتوليف عالي المستوى". 2010. ص 270. اقتباس: "تعالج محكم الحافلة أو الذاكرة الطلب من العمليات المختلفة وتقرر من يحصل على حق الوصول إلى الحافلة/الذاكرة."
- ^ أرتين إيسا، برايان مايرز. "تصميم مُحكم لذاكرة DDR3". 2013.
- ^ Kearney, DA; Veldman, G. "محكم ذاكرة متزامن متعدد البنوك لنوى IP الديناميكية باستخدام دورة تخطي الخمول". 2003. DOI: 10.1109/FPT.2003.1275789.
- ^ docs.oracle.com https://docs.oracle.com/cd/E19620-01/805-4447/auto2/index.html . تم الاسترجاع في 2024-07-26 .
{{cite web}}: مفقود أو فارغ|title=( مساعدة ) - ^ تيم داوني. "التحكيم في الحافلات"
- ^ شون يان تشيونغ. "تحكيم الحافلات"
مصادر
- دي جي كينيمينت وجاي في وودز. دوائر المزامنة والتحكيم في الأنظمة الرقمية. وقائع IEE. أكتوبر 1976.
- كارفر ميد ولين كونواي. مقدمة لأنظمة VLSI ، أديسون ويسلي. 1979.
- Sutherland, Ivan ; Ebergen, Jo (August 2002), "Computers without Clocks" (PDF) , Scientific American , 287 (2): 62–69, Bibcode :2002SciAm.287b..62S, doi :10.1038/scientificamerican0802-62, PMID 12140955, تم أرشفته من الأصل (PDF) في 2004-12-14[ رابط معطل ]
- ران جينوسار. "أربع عشرة طريقة لخداع المزامن الخاص بك" ASYNC 2003.
- ج. أندرسون و م. جودا، "تفسير جديد لظاهرة الخلل"، أكتا إنفورماتيكا، المجلد 28، العدد 4، ص 297-309، أبريل 1991.
- نورجارد، ت. (2012). هندسة الأنظمة المضمنة: دليل شامل للمهندسين والمبرمجين. سلسلة التكنولوجيا المضمنة. إلسيفير ساينس. رقم ISBN 978-0-12-382197-3. تم الاسترجاع بتاريخ 2023-07-25 .
- Gottlieb, Allan (1999). "Class Notes for Computer Architecture". cs.nyu.edu . جامعة نيويورك . تم الاسترجاع في 25 يوليو 2023 .
روابط خارجية
- عدم استقرار المنطق الرقمي
- أداء عدم الاستقرار لـ FIFOs المسجلة
- قائمة المراجع "غير المتزامنة" محفوظات 2020-08-08 على موقع Wayback Machine
- واجهات فعّالة للتوقيت الذاتي لعبور نطاقات الساعة
