تعليمات متعددة، بيانات واحدة

الموسوعة الحرة

في مجال الحوسبة ، تُعدّ بنية التعليمات المتعددة والبيانات المفردة ( MISD ) نوعًا من بنى الحوسبة المتوازية، حيث تُنفّذ العديد من الوحدات الوظيفية عمليات مختلفة على نفس البيانات. تنتمي بنى خطوط الأنابيب إلى هذا النوع، على الرغم من اختلافها، إن لم يكن أكثر، في أن البيانات تختلف بعد معالجتها في كل مرحلة من مراحل خط الأنابيب. يُمكن اعتبار تحمل الأعطال، من خلال تنفيذ نفس التعليمات بشكل زائد لاكتشاف الأخطاء وإخفائها، بطريقة تُعرف بتكرار المهام ، جزءًا من هذا النوع. تطبيقات هذه البنية أقل شيوعًا بكثير من بنيتي MIMD و SIMD ، حيث تُعدّ البنيتان الأخيرتان أكثر ملاءمة لتقنيات المعالجة المتوازية للبيانات المشتركة. على وجه التحديد، تسمحان بتوسيع نطاق أفضل واستخدام أمثل للموارد الحاسوبية. مع ذلك، يُعدّ حاسوب التحكم في رحلات مكوك الفضاء مثالًا بارزًا على بنية MISD في الحوسبة . [ 2 ]

مصفوفات الانقباض

تُعدّ المصفوفات الانقباضية ( معالجات الجبهة الموجية )، التي وصفها لأول مرة إتش تي كونغ وتشارلز إي ليسرسون، مثالاً على بنية MISD . في المصفوفة الانقباضية النموذجية، تتدفق بيانات الإدخال المتوازية عبر شبكة من عقد المعالجة المتصلة سلكيًا ، والتي تُشبه الدماغ البشري ، حيث تقوم بدمج بيانات الإدخال ومعالجتها ودمجها أو فرزها للحصول على نتيجة مُشتقة.

غالبًا ما تُصمم المصفوفات الانقباضية خصيصًا لعملية محددة، مثل "الضرب والتجميع"، لتنفيذ عمليات التكامل المتوازية الضخمة، والالتفاف ، والارتباط ، وضرب المصفوفات ، أو فرز البيانات. تتكون المصفوفة الانقباضية عادةً من شبكة متجانسة كبيرة من عُقد الحوسبة الأولية ، والتي يمكن تصميمها سلكيًا أو برمجيًا لتطبيق معين. عادةً ما تكون العُقد ثابتة ومتطابقة، بينما تكون الوصلات البينية قابلة للبرمجة. في المقابل، تستخدم معالجات الموجة الأمامية الأكثر عمومية عُقدًا متطورة وقابلة للبرمجة بشكل فردي، والتي قد تكون متجانسة أو غير متجانسة، اعتمادًا على حجم المصفوفة ومعايير التصميم. ولأن انتشار البيانات الموجي عبر المصفوفة الانقباضية يُشبه نبض الجهاز الدوري البشري، فقد استُمد اسم "انقباضي" من المصطلحات الطبية.

تتمثل إحدى المزايا الهامة للمصفوفات المتزامنة في احتواء جميع بيانات المعاملات والنتائج الجزئية داخل مصفوفة المعالج (عبرها). فلا حاجة للوصول إلى ناقلات خارجية أو الذاكرة الرئيسية أو ذاكرات التخزين المؤقت الداخلية أثناء كل عملية، كما هو الحال في الأجهزة التسلسلية التقليدية. كما أن القيود التسلسلية على الأداء المتوازي التي يفرضها قانون أمدال لا تنطبق بنفس الطريقة، لأن تبعيات البيانات تُعالج ضمنيًا بواسطة وصلة الربط البيني القابلة للبرمجة بين العقد.

لذا، تُعدّ المصفوفات الانقباضية فائقة الكفاءة في مجالات الذكاء الاصطناعي، ومعالجة الصور، والتعرف على الأنماط، ورؤية الحاسوب، وغيرها من المهام التي تُجيدها أدمغة الحيوانات بشكلٍ استثنائي. وبشكلٍ عام، تتميز معالجات الجبهة الموجية بقدرتها العالية على التعلم الآلي من خلال دمج الشبكات العصبية ذاتية التكوين في مكوناتها المادية.

جدل التصنيف

على الرغم من أن المصفوفات الانقباضية تُصنف رسميًا ضمن أنظمة المعالجة متعددة الأجهزة (MISD)، إلا أن تصنيفها يُعدّ إشكاليًا إلى حد ما. فنظرًا لأن المدخلات عادةً ما تكون عبارة عن متجه من القيم المستقلة، فإن المصفوفة الانقباضية لا تُصنف ضمن أنظمة المعالجة أحادية الجهاز ( SISD ). ولأن هذه القيم تُدمج وتُجمع في النتيجة (النتائج) ولا تحافظ على استقلاليتها كما هو الحال في وحدة معالجة المتجهات أحادية الجهاز (SIMD) ، فلا يمكن تصنيف المصفوفة على هذا النحو. وبالتالي، لا يمكن تصنيفها أيضًا ضمن أنظمة المعالجة متعددة الأجهزة (MIMD) ، لأن أنظمة MIMD يُمكن اعتبارها مجرد مجموعة من أجهزة SISD وSIMD أصغر حجمًا.

أخيرًا، نظرًا لأن مجموعة البيانات تتغير أثناء مرورها عبر المصفوفة من عقدة إلى أخرى، فإن العقد المتعددة لا تعمل على نفس البيانات، مما يجعل تصنيف MISD تسمية خاطئة . والسبب الآخر لعدم اعتبار المصفوفة الانقباضية MISD هو نفسه الذي يستبعدها من فئة SISD: بيانات الإدخال عادةً ما تكون متجهًا، وليست قيمة بيانات واحدة ، على الرغم من أنه يمكن القول بأن أي متجه إدخال معين هو مجموعة بيانات واحدة.

على الرغم مما سبق، تُقدَّم المصفوفات الانقباضية غالبًا كمثال كلاسيكي لبنية MISD في كتب الحوسبة المتوازية وفي مقررات الهندسة. إذا نُظر إلى المصفوفة من الخارج على أنها ذرية ، فربما ينبغي تصنيفها على أنها SFMuDMeR = دالة واحدة، بيانات متعددة، نتيجة (نتائج) مدمجة. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

الحواشي

  1. ↑ فلين، مايكل ج. (سبتمبر 1972). "بعض تنظيمات الحاسوب وفعاليتها" (ملف PDF) . معاملات IEEE في مجال الحواسيب . C-21 (9): 948-960 . doi : 10.1109/TC.1972.5009071 .
  2. ↑ سبيكتور، أ.؛ جيفورد، د. (سبتمبر 1984). "نظام الحاسوب الأساسي لمكوك الفضاء" . اتصالات رابطة آلات الحوسبة . 27 (9): 872-900 . doi : 10.1145/358234.358246 . S2CID 39724471 . 
  3. ↑ مايكل ج. فلين، كيفن و. رود. البنى المتوازية . مطبعة سي آر سي، 1996.
  4. ↑ كوين، مايكل ج. البرمجة المتوازية بلغة C باستخدام MPI و OpenMP . بوسطن: ماكجرو هيل، 2004.
  5. ↑ إيبارودين، جعفر. "المعالجة المتوازية، EG6370G: الفصل 1، الدافع والتاريخ." جامعة سانت ماري، سان أنطونيو، تكساس. ربيع 2008.
  6. ↑ نول، ليندا؛ لوبور، جوليا (2006). أساسيات تنظيم وهندسة الحاسوب . 468: جونز وبارتليت.{{cite book}}: CS1 maint: location ( link )