تعليمات متعددة وبيانات متعددة
| تصنيف فلين |
|---|
| دفق بيانات واحد |
| تدفقات بيانات متعددة |
|
| الفئات الفرعية لـ SIMD [1] |
| انظر أيضا |
في الحوسبة ، تعد التعليمات المتعددة والبيانات المتعددة ( MIMD ) تقنية مستخدمة لتحقيق التوازي. تحتوي الآلات التي تستخدم MIMD على عدد من نوى المعالج التي تعمل بشكل غير متزامن ومستقل. في أي وقت، قد تقوم معالجات مختلفة بتنفيذ تعليمات مختلفة على قطع مختلفة من البيانات.
يمكن استخدام بنيات MIMD في عدد من مجالات التطبيق مثل التصميم بمساعدة الكمبيوتر / التصنيع بمساعدة الكمبيوتر والمحاكاة والنمذجة ومفاتيح الاتصال. يمكن أن تكون أجهزة MIMD من فئات ذاكرة مشتركة أو ذاكرة موزعة . تعتمد هذه التصنيفات على كيفية وصول معالجات MIMD إلى الذاكرة. قد تكون أجهزة الذاكرة المشتركة من النوع القائم على الناقل أو الممتد أو الهرمي . قد تحتوي أجهزة الذاكرة الموزعة على مخططات ربط مكعب فائق أو شبكي .
أمثلة
من الأمثلة على نظام MIMD هو Intel Xeon Phi ، المنحدر من معمارية Larrabee الدقيقة. [2] تحتوي هذه المعالجات على نوى معالجة متعددة (تصل إلى 61 اعتبارًا من عام 2015) يمكنها تنفيذ تعليمات مختلفة على بيانات مختلفة.
اعتبارًا من عام 2013، فإن معظم أجهزة الكمبيوتر المتوازية هي أنظمة MIMD. [3]
نموذج الذاكرة المشتركة
في نموذج الذاكرة المشتركة، تكون جميع المعالجات متصلة بذاكرة "متاحة عالميًا"، إما عبر وسائل برمجية أو أجهزة. وعادةً ما يحافظ نظام التشغيل على تماسك الذاكرة . [4]
من وجهة نظر المبرمج، فإن نموذج الذاكرة هذا مفهوم بشكل أفضل من نموذج الذاكرة الموزعة. وهناك ميزة أخرى وهي أن تماسك الذاكرة يتم إدارته بواسطة نظام التشغيل وليس البرنامج المكتوب. ومن العيوب المعروفة: صعوبة التوسع إلى ما بعد اثنين وثلاثين معالجًا، ونموذج الذاكرة المشتركة أقل مرونة من نموذج الذاكرة الموزعة. [4]
هناك العديد من الأمثلة على الذاكرة المشتركة (المعالجات المتعددة): UMA ( الوصول الموحد للذاكرة )، وCOMA ( الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت فقط ). [5]
يعتمد على الحافلة
تحتوي أجهزة MIMD ذات الذاكرة المشتركة على معالجات تشترك في ذاكرة مركزية مشتركة. وفي أبسط صورة، تكون جميع المعالجات متصلة بناقل يربطها بالذاكرة. وهذا يعني أن كل جهاز ذي ذاكرة مشتركة يشترك في نظام ناقل مركزي مشترك محدد لجميع العملاء.
على سبيل المثال، إذا أخذنا في الاعتبار حافلة بها عملاء A، B، C متصلين على جانب واحد وP، Q، R متصلين على الجانب الآخر، فسوف يتواصل أي من العملاء مع الآخر عن طريق واجهة الحافلة بينهما.
هرمي
تستخدم أجهزة MIMD ذات الذاكرة المشتركة الهرمية تسلسلًا هرميًا من النواقل (كما في " شجرة كبيرة ") لمنح المعالجات إمكانية الوصول إلى ذاكرة بعضها البعض. يمكن للمعالجات الموجودة على لوحات مختلفة التواصل من خلال نواقل بين العقد. تدعم النواقل الاتصال بين اللوحات. مع هذا النوع من الهندسة المعمارية، يمكن للآلة دعم أكثر من تسعة آلاف معالج.
الذاكرة الموزعة
في أجهزة MIMD (تعليمات متعددة وبيانات متعددة) ذات الذاكرة الموزعة، يكون لكل معالج موقع ذاكرة فردي خاص به. ولا يمتلك كل معالج أي معرفة مباشرة بذاكرة المعالج الآخر. ولكي تتم مشاركة البيانات، يجب تمريرها من معالج إلى آخر كرسالة. ونظرًا لعدم وجود ذاكرة مشتركة، فإن التنافس لا يمثل مشكلة كبيرة مع هذه الأجهزة. وليس من المجدي اقتصاديًا ربط عدد كبير من المعالجات ببعضها البعض بشكل مباشر. ومن الطرق لتجنب هذا العدد الكبير من الاتصالات المباشرة ربط كل معالج بعدد قليل من المعالجات الأخرى. وقد يكون هذا النوع من التصميم غير فعال بسبب الوقت الإضافي المطلوب لتمرير رسالة من معالج إلى آخر على طول مسار الرسالة. وقد يكون مقدار الوقت المطلوب للمعالجات لأداء توجيه الرسائل البسيط كبيرًا. وقد تم تصميم الأنظمة لتقليل هذا الضياع في الوقت، وتعد المكعبات الفائقة والشبكات من بين مخططين شائعين للربط المتبادل.
تتضمن أمثلة الذاكرة الموزعة (أجهزة كمبيوتر متعددة) MPP (معالجات متوازية ضخمة) و COW (مجموعات من محطات العمل) و NUMA ( وصول غير منتظم للذاكرة ). الأول معقد ومكلف: العديد من أجهزة الكمبيوتر العملاقة مقترنة بشبكات النطاق العريض. تشمل الأمثلة المكعبات الفائقة والترابطات الشبكية. COW هو الإصدار "المصنع منزليًا" مقابل جزء بسيط من السعر. [5]
شبكة الربط بين المكعبات
في جهاز ذاكرة موزعة MIMD مع شبكة ربط نظام مكعب فائق تحتوي على أربعة معالجات، يتم وضع معالج ووحدة ذاكرة عند كل رأس من رؤوس المربع. قطر النظام هو الحد الأدنى لعدد الخطوات التي يستغرقها معالج واحد لإرسال رسالة إلى المعالج الأبعد. على سبيل المثال، قطر المكعب 2 هو 2. في نظام مكعب فائق مع ثمانية معالجات وكل معالج ووحدة ذاكرة موضوعة في رأس المكعب، يكون القطر 3. بشكل عام، النظام الذي يحتوي على 2^N معالج مع كل معالج متصل مباشرة بـ N معالج آخر، يكون قطر النظام هو N. أحد عيوب نظام المكعب الفائق هو أنه يجب تكوينه بقوى اثنين، لذلك يجب بناء جهاز يمكن أن يحتوي على معالجات أكثر بكثير مما هو مطلوب بالفعل للتطبيق.
شبكة الربط الشبكي
في آلة ذاكرة موزعة MIMD مع شبكة ربط شبكية، يتم وضع المعالجات في شبكة ثنائية الأبعاد. يتم توصيل كل معالج بأربعة من جيرانه المباشرين. يمكن توفير اتصالات ملتفة حول حواف الشبكة. إحدى مزايا شبكة الربط الشبكي مقارنة بالمكعب الفائق هي أن نظام الشبكة لا يحتاج إلى تكوينه بقوى اثنين. أحد العيوب هو أن قطر شبكة الشبكة أكبر من المكعب الفائق للأنظمة التي تحتوي على أكثر من أربعة معالجات.
انظر أيضا
مراجع
- ^ فلين، مايكل ج . (سبتمبر 1972). "بعض منظمات الكمبيوتر وفعاليتها" (PDF) . معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات على أجهزة الكمبيوتر . C-21 (9): 948– 960. doi :10.1109/TC.1972.5009071.
- ^ "مخاطر التوازي: لارابي ضد إنفيديا، MIMD ضد SIMD". 19 سبتمبر 2008.
- ^ "MIMD | Intel® Developer Zone". مؤرشف من الأصل في 2013-10-16 . تم الاسترجاع في 2013-10-16 .
- ^ ab Ibaroudene, Djaffer. "Parallel Processing, EG6370G: Chapter 1, Motivation and History." شرائح المحاضرات. جامعة سانت ماري ، سان أنطونيو، تكساس . ربيع 2008.
- ^ ab Andrew S. Tanenbaum (1997). Structured Computer Organization (الطبعة الرابعة). Prentice-Hall. ص 559- 585. ISBN 978-0130959904. تم أرشفة النسخة الأصلية في 2013-12-01 . تم استرجاعها في 2013-03-15 .
| عام | |
|---|---|
| المستويات | |
| تعدد الخيوط |
|
| نظرية | |
| عناصر | |
| تنسيق | |
| برمجة | |
| الأجهزة | |
| واجهات برمجة التطبيقات | |
| المشاكل | |
| |
