المعالجة المتعددة

الموسوعة الحرة

المعالجة المتعددة ( MP ) هي استخدام وحدتي معالجة مركزية (CPU) أو أكثر ضمن نظام حاسوبي واحد . [ 1 ] [ 2 ] يشير المصطلح أيضًا إلى قدرة النظام على دعم أكثر من معالج واحد أو قدرته على توزيع المهام بينها. توجد العديد من المتغيرات لهذا المفهوم الأساسي، ويمكن أن يختلف تعريف المعالجة المتعددة باختلاف السياق، ويعتمد ذلك في الغالب على كيفية تعريف المعالج ( معالجات متعددة النوى (أنوية متعددة) على شريحة واحدة ، شرائح متعددة في حامل شريحة واحد (حزمة)، حزم متعددة في علبة حاسوب واحدة (وحدة نظام)، إلخ).

المعالج المتعدد هو نظام حاسوبي يحتوي على وحدتي معالجة مركزية أو أكثر (معالجات: معالجات متعددة) تتشارك كل منها الذاكرة الرئيسية والأجهزة الطرفية، لمعالجة البرامج في وقت واحد. [ 3 ] [ 4 ] عرّف كتاب مدرسي صدر عام 2009 نظام المعالج المتعدد تعريفًا مشابهًا، لكنه أشار إلى أن المعالجات قد تتشارك "بعض أو كل ذاكرة النظام ومرافق الإدخال/الإخراج "؛ كما استخدم مصطلح "النظام المترابط بإحكام" كمرادف له. [ 5 ]

على مستوى نظام التشغيل ، يُستخدم مصطلح المعالجة المتعددة أحيانًا للإشارة إلى تنفيذ عمليات متزامنة متعددة في النظام، حيث تعمل كل عملية على وحدة معالجة مركزية أو نواة منفصلة، ​​على عكس عملية واحدة في أي لحظة. [ 6 ] [ 7 ] عند استخدام هذا التعريف، تُقارن المعالجة المتعددة أحيانًا بتعدد المهام ، الذي قد يستخدم معالجًا واحدًا فقط ولكنه يُبدّله في فترات زمنية بين المهام (أي نظام المشاركة الزمنية ). في المقابل، تعني المعالجة المتعددة التنفيذ المتوازي الحقيقي لعمليات متعددة باستخدام أكثر من معالج واحد. [ 7 ] لا تعني المعالجة المتعددة بالضرورة أن عملية أو مهمة واحدة تستخدم أكثر من معالج واحد في وقت واحد؛ يُستخدم مصطلح المعالجة المتوازية عمومًا للدلالة على هذه الممارسة. [ 6 ] يُفضّل بعض المؤلفين الإشارة إلى تقنيات نظام التشغيل باسم البرمجة المتعددة، ويحتفظون بمصطلح المعالجة المتعددة للجانب المادي المتمثل في وجود أكثر من معالج واحد. [ 2 ] [ 8 ] يناقش الجزء المتبقي من هذه المقالة المعالجة المتعددة بهذا المعنى المادي فقط.

في تصنيف فلين ، تُعرَّف المعالجات المتعددة، كما ذُكر أعلاه، بأنها آلات متعددة التعليمات والبيانات (MIMD). [ 9 ] [ 10 ] ولأن مصطلح "المعالج المتعدد" يشير عادةً إلى الأنظمة المترابطة بإحكام حيث تتشارك جميع المعالجات في الذاكرة، فإن المعالجات المتعددة لا تمثل الفئة الكاملة لآلات MIMD، والتي تشمل أيضًا أنظمة الحواسيب المتعددة التي تعتمد على تمرير الرسائل . [ 9 ]

المواضيع الرئيسية

تناظر المعالج

في نظام المعالجة المتعددة ، قد تكون جميع وحدات المعالجة المركزية متساوية، أو قد يُخصص بعضها لأغراض خاصة. ويُحدد التناظر (أو عدمه) في النظام من خلال مجموعة من اعتبارات تصميم الأجهزة وبرامج نظام التشغيل . على سبيل المثال، قد تتطلب اعتبارات الأجهزة أو البرامج أن تستجيب وحدة معالجة مركزية واحدة فقط لجميع مقاطعات الأجهزة، بينما يمكن توزيع جميع العمليات الأخرى في النظام بالتساوي بين وحدات المعالجة المركزية؛ أو قد يقتصر تنفيذ التعليمات البرمجية في وضع النواة على وحدة معالجة مركزية واحدة مُخصصة، بينما يمكن تنفيذ التعليمات البرمجية في وضع المستخدم على أي مجموعة من المعالجات. غالبًا ما يكون تصميم أنظمة المعالجة المتعددة أسهل عند فرض مثل هذه القيود، ولكنها تميل إلى أن تكون أقل كفاءة من الأنظمة التي تُستخدم فيها جميع وحدات المعالجة المركزية.

تُسمى الأنظمة التي تُعامل جميع وحدات المعالجة المركزية بالتساوي أنظمة المعالجة المتعددة المتناظرة (SMP). أما في الأنظمة التي لا تتساوى فيها جميع وحدات المعالجة المركزية، فيمكن تقسيم موارد النظام بعدة طرق، بما في ذلك المعالجة المتعددة غير المتناظرة (ASMP)، والمعالجة المتعددة ذات الوصول غير الموحد للذاكرة (NUMA)، والمعالجة المتعددة العنقودية .

نظام معالج متعدد رئيسي/تابع

في نظام المعالجات المتعددة الرئيسي/التابع، يتحكم المعالج الرئيسي في الحاسوب، بينما يقوم المعالج التابع (أو المعالجات التابعة) بتنفيذ المهام الموكلة إليه. قد تختلف المعالجات اختلافًا كبيرًا في السرعة والبنية. يمكن لبعضها (أو جميعها) مشاركة ناقل بيانات مشترك، أو قد يمتلك كل منها ناقل بيانات خاصًا (للموارد الخاصة)، أو قد تكون معزولة باستثناء مسار اتصال مشترك. وبالمثل، يمكن للمعالجات مشاركة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) المشتركة، أو امتلاك ذاكرة وصول عشوائي خاصة لا يمكن للمعالجات الأخرى الوصول إليها. وقد تتغير أدوار المعالج الرئيسي والتابع من معالج لآخر.

من الأمثلة المبكرة على معالج متعدد رئيسي/تابع للحاسوب المركزي Bull Gamma 60 و Burroughs B5000 . [ 11 ]

يُعدّ جهاز الكمبيوتر المكتبي Tandy/Radio Shack TRS-80 Model 16 ، الذي طُرح في فبراير 1982 ، مثالًا مبكرًا على نظام المعالجات المتعددة الرئيسي/التابع. كان يعمل بنظام التشغيل Xenix متعدد المستخدمين/متعدد المهام ، وهو نسخة مايكروسوفت من نظام يونكس (المُسماة TRS-XENIX). يحتوي Model 16 على معالجين دقيقين: معالج Zilog Z80 ثماني البتات يعمل بتردد 4 ميجاهرتز، ومعالج Motorola 68000 سداسي عشر البتات يعمل بتردد 6 ميجاهرتز. عند بدء تشغيل النظام، يكون Z-80 هو المعالج الرئيسي، وتقوم عملية بدء تشغيل Xenix بتهيئة المعالج التابع 68000، ثم تنقل التحكم إليه، وعندها يتبادل المعالجان الأدوار، ويصبح Z-80 معالجًا تابعًا مسؤولًا عن جميع عمليات الإدخال/الإخراج ، بما في ذلك القرص، والاتصالات، والطابعة، والشبكة، ولوحة المفاتيح، والشاشة المدمجة، بينما يعمل نظام التشغيل والتطبيقات على المعالج 68000. يمكن استخدام جهاز Z-80 للقيام بمهام أخرى.  

يُعدّ جهاز TRS-80 Model II ، الذي صدر عام 1979، نظامًا متعدد المعالجات أيضًا، إذ يحتوي على معالج Z-80 ووحدة تحكم دقيقة Intel 8021 [ 12 ] مدمجة في لوحة المفاتيح. وبفضل وحدة التحكم الدقيقة 8021، أصبح Model II أول نظام حاسوب مكتبي مزود بلوحة مفاتيح منفصلة وخفيفة الوزن قابلة للفصل، متصلة بسلك رفيع ومرن، وربما أول لوحة مفاتيح تستخدم وحدة تحكم دقيقة مخصصة، وهما سمتان قلدتهما شركتا Apple وIBM بعد سنوات.

تدفقات التعليمات والبيانات

في المعالجة المتعددة، يمكن استخدام المعالجات لتنفيذ سلسلة واحدة من التعليمات في سياقات متعددة ( تعليمات واحدة، بيانات متعددة (SIMD)، والتي تستخدم غالبًا في معالجة المتجهات )، أو سلاسل متعددة من التعليمات في سياق واحد ( تعليمات متعددة، بيانات واحدة أو MISD، والتي تستخدم للتكرار في الأنظمة الآمنة من الأعطال، ويتم تطبيقها أحيانًا لوصف المعالجات ذات خطوط الأنابيب أو تعدد الخيوط )، أو سلاسل متعددة من التعليمات في سياقات متعددة ( تعليمات متعددة، بيانات متعددة أو MIMD).

اقتران المعالج

نظام معالجات متعددة مترابطة بإحكام

تحتوي أنظمة المعالجات المتعددة المترابطة بإحكام على وحدات معالجة مركزية متعددة متصلة على مستوى ناقل البيانات. قد تتمكن هذه الوحدات من الوصول إلى ذاكرة مشتركة مركزية (معالجة متماثلة متناظرة أو وصول موحد للذاكرة )، أو قد تشارك في تسلسل هرمي للذاكرة يضم كلاً من الذاكرة المحلية والمشتركة (ذاكرة محلية) ( وصول موحد للذاكرة ). يُعدّ جهاز IBM p690 Regatta مثالاً على نظام معالجات متماثلة متناظرة عالي الأداء. هيمنت معالجات Intel Xeon على سوق المعالجات المتعددة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية، وكانت الخيار الرئيسي الوحيد من معالجات x86 حتى إطلاق سلسلة معالجات AMD Opteron في عام 2004. امتلكت كلتا سلسلتي المعالجات ذاكرة تخزين مؤقتة مدمجة، لكنهما وفرتا الوصول إلى الذاكرة المشتركة؛ معالجات Xeon عبر قناة مشتركة، ومعالجات Opteron عبر مسارات مستقلة إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الخاصة بالنظام.

تتضمن المعالجات المتعددة على رقاقة واحدة، والمعروفة أيضًا باسم الحوسبة متعددة النوى ، أكثر من معالج واحد موضوع على رقاقة واحدة، ويمكن اعتبارها الشكل الأكثر تطرفًا للمعالجة المتعددة المترابطة بإحكام. غالبًا ما تكون أنظمة الحواسيب المركزية ذات المعالجات المتعددة مترابطة بإحكام.

نظام معالجات متعددة مترابطة بشكل فضفاض

تعتمد أنظمة المعالجات المتعددة ذات الترابط الضعيف (والتي يُشار إليها غالبًا باسم المجموعات الحاسوبية ) على عدة حواسيب تجارية مستقلة ذات عدد معالجات منخفض نسبيًا ، متصلة فيما بينها عبر نظام اتصالات عالي السرعة ( يُعدّ نظام جيجابت إيثرنت شائعًا). وتُعدّ مجموعة حواسيب لينكس بيوولف مثالًا على نظام ذي ترابط ضعيف .

تتميز الأنظمة المترابطة بإحكام بأداء أفضل وحجم أصغر من الأنظمة المترابطة بشكل فضفاض، ولكنها تاريخياً تتطلب استثمارات أولية أكبر وقد تنخفض قيمتها بسرعة؛ عادةً ما تكون العقد في النظام المترابط بشكل فضفاض عبارة عن أجهزة كمبيوتر سلعية رخيصة ويمكن إعادة تدويرها كأجهزة مستقلة عند إخراجها من المجموعة.

يُعد استهلاك الطاقة عاملاً مهماً أيضاً. تميل الأنظمة المترابطة بإحكام إلى أن تكون أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من المجموعات الحاسوبية. ويعود ذلك إلى إمكانية تحقيق خفض كبير في استهلاك الطاقة من خلال تصميم المكونات للعمل معاً منذ البداية في الأنظمة المترابطة بإحكام، بينما تستخدم الأنظمة المترابطة بشكل فضفاض مكونات لم تُصمم بالضرورة خصيصاً للاستخدام في مثل هذه الأنظمة.

تتمتع الأنظمة ذات الارتباط الضعيف بالقدرة على تشغيل أنظمة تشغيل مختلفة أو إصدارات مختلفة من أنظمة التشغيل على أنظمة مختلفة.

العيوب

قد يؤدي دمج البيانات من خيوط أو عمليات متعددة إلى زيادة كبيرة في الحمل بسبب حل التعارضات ، واتساق البيانات ، والتحكم في الإصدارات، والمزامنة. [ 13 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ راجاجوبال، راج (1999). مقدمة إلى خادم مجموعة مايكروسوفت ويندوز إن تي: البرمجة والإدارة . مطبعة سي آر سي. ص  4. رقم ISBN 978-1-4200-7548-9.
  2. 1 2 إيبرز، مايك؛ كيتنر، جون. أوبراين، واين؛ أوغدن، بيل (2012). مقدمة إلى الحاسب المركزي الجديد: أساسيات z/OS . آي بي إم. ص. 96. ردمك  978-0-7384-3534-3.
  3. ↑ "تعريف قاموس المعالجات المتعددة: تعريف المعالج المتعدد" . Yourdictionary.com . LoveToKnow Media. مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 مارس 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2018 .
  4. ↑ "معالج متعدد" . مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2018. تم الاسترجاع في 16 مارس 2018 – عبر القاموس الحر.
  5. ↑ إنجلاندر، إيرف (2009). بنية أجهزة الحاسوب وبرمجيات الأنظمة: مدخل تكنولوجيا المعلومات ( الطبعة الرابعة). وايلي. ص 265. ISBN   978-0471715429.
  6. 1 2 مورلي، ديبورا؛ باركر، تشارلز (13 فبراير 2012). فهم الحواسيب: اليوم والغد، شامل . سينجايج ليرنينج. ص 183. ISBN  978-1-133-19024-0.
  7. 1 2 شيبو، كيلو فولت مقدمة للأنظمة المدمجة . تاتا ماكجرو هيل التعليم. ص. 402. ردمك  978-0-07-014589-4.
  8. ↑ أرورا، أشوك (2006). أسس علوم الحاسوب . منشورات لاكشمي. ص 149. ISBN  978-81-7008-971-1.
  9. 1 2 جيلادي، ران (2008). معالجات الشبكة: البنية، والبرمجة، والتنفيذ . مورغان كوفمان. ص 293. ISBN  978-0-08-091959-1.
  10. ↑ شيفا، ساجان ج. (20 سبتمبر 2005). هندسة الحاسوب المتقدمة . مطبعة سي آر سي. ص 221. ISBN  978-0-8493-3758-1.
  11. ↑ قسم خدمات المبيعات الفنية: قسم تسويق المعدات والأنظمة (1963). الخصائص التشغيلية للمعالجات الخاصة بجهاز Burroughs B5000 (المراجعة أ: 5000-21005A) (ملف PDF) (الطبعة الثانية ). ديترويت، ميشيغان: شركة Burroughs . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 30 مايو 2023. تم الاطلاع عليه في 13 أبريل 2026 . 
  12. ↑ فريق العمل (1980). دليل مرجعي تقني لجهاز TRS-80 موديل II . راديو شاك. ص 135. 
  13. ↑ البرمجة المتزامنة: الخوارزميات والمبادئ والأسس . سبرينغر. 23 ديسمبر 2012. ISBN 978-3642320262.