حوسبة متوازية: الفرق بين النسختين
[نسخة منشورة] | [نسخة منشورة] |
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
ط إضافة وصلة وسمان: تعديلات المحتوى المختار تحرير مرئي |
ط بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V4.2 (تجريبي) |
||
سطر 8:
* التوازي على مستوى المهام.
استخدم التوازي لسنوات عديدة، وخاصة في ال[[حوسبة عالية الأداء]]، ولكن الاهتمام به ازداد أكثر في الآونة الأخيرة بسبب العوائق المادية التي تحول دون توسيع حجم العمليات المعالجة.<ref>S.V. Adve et al. (November 2008). [http://www.upcrc.illinois.edu/documents/UPCRC_Whitepaper.pdf "Parallel Computing Research at Illinois: The UPCRC Agenda"] (PDF). Parallel@Illinois, University of Illinois at Urbana-Champaign. "The main techniques for these performance benefits – increased clock frequency and smarter but increasingly complex architectures – are now hitting the so-called power wall. The computer industry has accepted that future performance increases must largely come from increasing the number of processors (or cores) on a die, rather than making a single core go faster." {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130507001710/http://www.upcrc.illinois.edu/documents/UPCRC_Whitepaper.pdf |date=05 2يناير3 }}</ref> حيث صار استهلاك أجهزة الحاسوب للطاقة (وبالتالي الحرارة الناتجة عن ذلك) مصدرًا للقلق في السنوات الأخيرة،<ref>Asanovic et al. Old [conventional wisdom]: Power is free, but transistors are expensive. New conventional wisdom is that power is expensive, but transistors are "free".</ref> فإن الحوسبة المتوازية أصبحت النموذج المهيمن في [[هندسة الحاسوب|هندسة الحواسيب]]، وخاصة في نماذج [[معالج متعدد اللب|المعالجات متعددة الأنوية]].<ref name="View-Power">Asanovic, Krste et al. (December 18, 2006). [http://www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2006/EECS-2006-183.pdf "The Landscape of Parallel Computing Research: A View from Berkeley"] (PDF). University of California, Berkeley. Technical Report No. UCB/EECS-2006-183. "Old [conventional wisdom]: Increasing clock frequency is the primary method of improving processor performance. New [conventional wisdom]: Increasing parallelism is the primary method of improving processor performance ... Even representatives from Intel, a company generally associated with the 'higher clock-speed is better' position, warned that traditional approaches to maximizing performance through maximizing clock speed have been pushed to their limit." {{Webarchive|url=
يُمكن أن تُصنّف الحواسيب المتوازية وفقًا لتصنيف المستوى الذي يدعم العتاد فيه عملية الموازاة. فالحواسيب مُتعددة المُعالجات أو متعددة الأنوية تحتوي على عناصر معالجة متعددة داخل جهاز واحد، في حين أن [[عنقود (حوسبة)|العناقيد (clusters)]]، و[[حاسوب متوازي هائل|المعالجات المتوازية الهائلة (MPPS)]]، ومصفوفات الحواسيب تستخدم عدة حواسيب للعمل على نفس المهمة. تُستخدم هندسة الحواسيب المتوازية المتخصصة أيضا في بعض الأحيان في المُعالجات التقليدية لتسريع أداء مهام محددة.
سطر 24:
كان رفعُ سرعة تنفيذ العمليات الهم الرئيسي لتحسين أداء الحواسيب منذ منتصف ثمانيات القرن العشرين وحتى عام [[2004]]. حيث أن مدة تنفيذ برنامج تساوي عدد التعليمات مضروبًا في متوسط الوقت اللازم لتنفيذ تعليمة واحد. الحفاظ على كل شيء ثابتًا، وزيادة تردد الساعة الداخلية يخفض من متوسط الوقت المستغرق لتنفيذ تعليمة. وبالتالي يُقلل وقت التنفيذ لجميع البرامج ذات العمليات المحدودة.<ref>John L. Hennessy and David A. Patterson (2002). ''Computer Architecture: A Quantitative Approach''. 3rd edition, Morgan Kaufmann, p. 43. ISBN 1-55860-724-2.</ref>
يحسب استهلاك الشرائح للطاقة من خلال المعادلة P = C × V<sup>2</sup> × F،حيث ترمز P إلى الطاقة، وترمز C إلى عدد [[مكثف (كهرباء)|المكثفات]] المستعملة أثناء عمل دورة كاملة (تتناسب مع عدد الترانزستورات التي تتغير مدخلاتها)، وترمز V إلى الجهد، أما F فترمز إلى تردد المعالج (دورة في الثانية).<ref>Rabaey, J. M. (1996). ''Digital Integrated Circuits''. Prentice Hall, p. 235. ISBN 0-13-178609-1.</ref> وتزيد زيادة التردد من كمية الطاقة المستهلكة. أجبَرَت زيادة استهلاك المعالجات للطاقة في النهاية شركة [[إنتل]] في مايو [[2004]]على إلغاء إنتاج معالجاتها [[إنتل تيجاس وجهوك|تيجاس وجهوك]]، والتي تعتبر عمومًا نهاية سياسة رفع التردد كنموذج شائع لمعمارية الحواسيب.<ref>Flynn, Laurie J. [http://www.nytimes.com/2004/05/08/business/08chip.html?ex=1399348800&en=98cc44ca97b1a562&ei=5007 "Intel Halts Development of 2 New Microprocessors"]. ''The New York Times'', May 8, 2004. Retrieved on April 22, 2008. {{Webarchive|url=
على الرغم من قضايا استهلاك الطاقة إضافة للتنبؤات المتكررة عن نهايته، فإن قانون مور ظل صحيحًا. فقد نصَّ [[قانون مور]] (الناتج عن ملاحظة تجريبية) على أن كثافة [[ترانزستور|الترانزستورات]] في المعالجات الدقيقة تتضاعف كل 18 إلى 24 شهرًا.<ref name="Moore1965paper">{{مرجع ويب| الأول=Gordon E.|الأخير = Moore|سنة =1965|مسار=ftp://download.intel.com/museum/Moores_Law/Articles-Press_Releases/Gordon_Moore_1965_Article.pdf| عنوان =Cramming more components onto integrated circuits| تنسيق =PDF| صفحات =4| عمل=[[Electronics (magazine)|Electronics Magazine]]| تاريخ الوصول = 2006-11-11| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20130114202353/http://download.intel.com/museum/Moores_Law/Articles-Press_Releases/Gordon_Moore_1965_Article.pdf | تاريخ أرشيف = 14 يناير 2013 }}
سطر 175:
برنامج حاسوبي في جوهره وهو دفق من التعليمات التي ينفذها المعالج. يمكن إعادة ترتيب هذه التعليمات ودمجها في مجموعات يتم تنفيذها بالتوازي دون تغيير نتيجة هذا البرنامج. وهذا ما يسمى بالموازاة على مستوى التعليمات. تطور فكرة الموازاة على مستوى التعليمات هيمنة على هندسة الحاسبات من منتصف ثمانينات وحتى منتصف تسعينات القرن العشرين.<ref>Culler et al. p. 15.</ref>
المعالجات الحديثة لديها خطوط أنابيب متعددة المراحل. كل مرحلة في خط الأنابيب توافق عملا مختلفا يقوم به المعالج على التعليمات في هذه المرحلة؛ المعالج الذي يحوي ن مرحلة في خط أنابيب يمكن أن ينجز حتى ن تعليمة مختلفة في مراحل مختلفة. وتعد المعالجات من نوع RISC مثال على المعالجات التي تعمل بنظام خطوط الأنابيب، وفي هذا النوع من المعالجات خمس مراحل: جلب التعليمة، وفك الشفرة، وتنفيذها، والوصول إلى الذاكرة، وكتابة النتائج. المعالج [[بنتيوم 4]] له 35 مراحل في خط الأنابيب.<ref>Yale Patt (April 2004). "[http://users.ece.utexas.edu/~patt/Videos/talk_videos/cmu_04-29-04.wmv The Microprocessor Ten Years From Now: What Are The Challenges, How Do We Meet Them?] (wmv). Distinguished Lecturer talk at [[جامعة كارنيغي ميلون]]. Retrieved on November 7, 2007. {{Webarchive|url=
[[ملف:Superscalarpipeline.svg|تصغير|300بك|سوبرسكيلر معالج بخمس مراحل المتوالية، وقادر على تمرير تعليمتين اثنتين في كل دورة. ويمكن أن تكون تعليماتين في كل مرحلة من خط الانابيب، ليصل مجموعها إلى 10 تعليمات (كما هو موضح باللون الأخضر) يتم تنفيذها في وقت واحد.]]
سطر 238:
[[ملف:Beowulf.jpg|thumbnail|عتاد مُجمّع ويسمح بتوظيف المعالجات لأداء مهام متوازية في ما يُعرف بـ[[بيولف (حاسوب)|عنقود بياولف]] ]]
العنقود {{إنج|Cluster}}، هو مجموعة من أجهزة الحواسيب المتقاربة التي تعمل معا بشكل وثيق، حتى أنه في بعض النواحي تعتبر بمثابة جهاز حاسوب واحد.<ref>[http://www.webopedia.com/TERM/c/clustering.html What is clustering?] Webopedia computer dictionary. Retrieved on November 7, 2007. {{Webarchive|url=
===== المعالجة عالية التوازي =====
{{مفصلة|حاسوب متوازي هائل}}
المعالج عال التوازي {{إنج|Massively parallel processor-MPP}} هو جهاز حاسوب واحد مع معالجات شبكية كثيرة. هذه الأجهزة لها العديد من خصائص العناقيد، ولكنها تملك شبكات خاصة (في حين أن العناقيد تستخدم عتاد للشبكات). وتميل إلى أن تكون أكبر من العناقيد، وعادة "أكثر بكثير" من 100 معالج.<ref>Hennessy and Patterson, p. 537.</ref> في المعالج عال التوازي، "كل وحدة معالجة مركزية تحتوي على ذاكرة خاصة بها، ونسخة من نظام التشغيل والبرمجية. كل فرع يتصل مع الآخرين عبر وصلات عالية السرعة.<ref>[http://www.pcmag.com/encyclopedia_term/0,,t=mpp&i=47310,00.asp MPP Definition.] ''PC Magazine''. Retrieved on November 7, 2007. {{Webarchive|url=
[[ملف:BlueGeneL cabinet.jpg|تصغير|خزانة تحوي مكونات من بلو جين/L، رابع أسرع حاسوب عملاق في العالم وفقا لترتيب نوفمبر [[2008]] TOP500.]]
سطر 268:
[[ملف:NvidiaTesla.jpg|تصغير|بطاقة إنفيديا تسلا غبغبو.]]
الحوسبة للأغراض العامة على [[وحدة معالجة الرسوميات]] {{إنج|General-Purpose Computing on Graphics Processing Units-GPGPU}} هو اتجاه حديث نسبيا في مجال الأبحاث في هندسة الحواسيب. وحدات معالجة الرسومات هي معالجات مساعدة شهدت تطورا مكثفا لمعالجة الرسومات على الحاسوب.<ref>Boggan, Sha'Kia and Daniel M. Pressel (August 2007). [http://www.arl.army.mil/arlreports/2007/ARL-SR-154.pdf GPUs: An Emerging Platform for General-Purpose Computation] (PDF). ARL-SR-154, U.S. Army Research Lab. Retrieved on November 7, 2007. {{Webarchive|url=
في البدايات، استخدمت برمجيات GPGPU واجهات المكتبات الرسومية العادية لتنفيذ البرامج. ومؤخرا ظهرت لغات برمجة ومنصات جديدة بنيت لاستعمال المعالجات الرسومية لأمور عامة غير الغرض الأصلي لها. خاصة بعد أن أصدر كل من [[إنفيديا]] وأي إم دي بيئات للبرمجة هي كودا (CUDA) وسي.تي.إم (CTM) على التوالي. إضافة إلى لغات أخرى لبرمجة المعالجات الرسومية مثل BrookGPU و PeakStream و RapidMind. وقد أصدرت إنفيديا أيضا منتجات محددة لإجراء العمليات الحسابية في سلسلة تسلا (Tesla series).
===== التطبيقات الخاصة بالدوائر المتكاملة =====
انقسم نهج عدة تطبيقات من نوع أسيك (ASIC) في التعامل مع البرامج المتوازية.<ref>Maslennikov, Oleg (2002). [http://www.springerlink.com/content/jjrdrb0lelyeu3e9/ "Systematic Generation of Executing Programs for Processor Elements in Parallel ASIC or FPGA-Based Systems and Their Transformation into VHDL-Descriptions of Processor Element Control Units".] ''Lecture Notes in Computer Science'', '''2328/2002:''' p. 272.</ref><ref>Shimokawa, Y.; Y. Fuwa and N. Aramaki (18–21 November 1991). [http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=170708 A parallel ASIC VLSI neurocomputer for a large number of neurons and billion connections per second speed.] IEEE International Joint Conference on Neural Networks. '''3:''' pp. 2162–67. {{Webarchive|url=
لأن أسيك (وحسب التعريف) هو خاص بتطبيق معين، فإنه يمكن أن تطويره ليكون الأمثل لهذا التطبيق. وكنتيجة لتطبيق معين، فإن أسيك يميل للتفوق في الحوسبة لأغراض عامة. تصنع أسيك بتقنية X-ray lithography. وهذه العملية تتطلب قناعا (قد يكون مكلفا للغاية). تكلفة قناع واحد يمكن أن تتجاوز مليون دولار أمريكي.<ref>Kahng, Andrew B. (June 21, 2004) "[http://www.future-fab.com/documents.asp?grID=353&d_ID=2596 Scoping the Problem of DFM in the Semiconductor Industry]." University of California, San Diego. "Future design for manufacturing (DFM) technology must reduce design [non-recoverable expenditure] cost and directly address manufacturing [non-recoverable expenditures] – the cost of a mask set and probe card – which is well over $1 million at the 90 nm technology node and creates a significant damper on semiconductor-based innovation." {{Webarchive|url=
===== المعالجات المتجهية =====
سطر 287:
== البرمجيات ==
=== لغات البرمجة المتوازية ===
من أجل برمجة الحواسيب المتوازية، تم إنشاء لغات البرمجة والمكتبات وواجهات برمجة التطبيقات ونماذج للبرمجة المتوازية. وعموما تنقسم [[لغة برمجة|لغات البرمجة]] إلى فئات استنادا إلى ما تقدمه من الافتراضات حول هندسة الذاكرة و[[ذاكرة مشتركة|الذاكرة المشتركة]] و[[ذاكرة موزعة|الذاكرة الموزعة]]، أو [[ذاكرة مشتركة موزعة|الذاكرة المشتركة الموزعة]]. لغات البرمجة التي تتعامل بذاكرة مشتركة تتواصل عن طريق التلاعب بالمتغيرات في الذاكرة المشتركة. مع الذاكرة الموزعة يستخدم تمرير الرسائل. خيوط بوسيكس {{إنج|POSIX Threads}} و[[أوبن أم بي]] من أكثر واجهات برمجة التطبيقات بذاكرة مشتركة استخداما. في حين أن [[واجهة تمرير الرسائل|إم بي آي]] {{إنج|Message Passing Interface-MPI}} هو نظام تمرير الرسائل الأكثر استخداما على نطاق واسع.<ref>The [http://awards.computer.org/ana/award/viewPastRecipients.action?id=16 Sidney Fernbach Award given to MPI inventor Bill Gropp] refers to MPI as the "the dominant HPC communications interface" {{Webarchive|url=
=== الموازاة التلقائية ===
سطر 298:
== أنواع الخوارزميات ==
بما أن الحواسيب المتوازية صارت أكبر وأسرع، فإنه أصبح من الممكن حل المشاكل التي كانت سابقا تأخذ وقتا طويلا. تستخدم الحوسبة المتوازية في مجالات واسعة، من تكنولوجيا المعلومات الحيوي إلى الاقتصاد (الرياضيات المالية). الأنواع الشائعة من المشاكل التي وجدت في تطبيقات الحوسبة المتوازية هي :<ref>Asanovic, Krste, et al. (December 18, 2006). [http://www.eecs.berkeley.edu/Pubs/TechRpts/2006/EECS-2006-183.pdf The Landscape of Parallel Computing Research: A View from Berkeley] (PDF). University of California, Berkeley. Technical Report No. UCB/EECS-2006-183. See table on pages 17–19. {{Webarchive|url=
* [[جبر خطي|الجبر الخطي]] الكثيف.
* الجبر الخطي المتفرق.
سطر 315:
== تاريخ ==
[[ملف:ILLIAC 4 parallel computer.jpg|تصغير|ILLIAC 4، "الحاسوب العملاق النكرة".]]
أصول التوازي الصحيح (عمليات مختلفة على بيانات مختلفة-MIMD) يعود إلى لويجي فيديريكو، كونت Menabrea وما قدمه في "وصف مقتضب للمحرك التحليلي الذي اخترعه [[تشارلز بابيج|تشارلز باباج]].<ref>[[Federico Luigi, Conte Menabrea|Menabrea, L. F.]] (1842). [http://www.fourmilab.ch/babbage/sketch.html Sketch of the Analytic Engine Invented by Charles Babbage]. Bibliothèque Universelle de Genève. Retrieved on November 7, 2007. {{Webarchive|url=
في أبريل 1958، ناقش س. جيل (فيرانتي) البرمجة المتوازية، والحاجة إلى التفرع والانتظار.<ref>Parallel Programming, S. Gill, The Computer Journal Vol. 1 #1,
سطر 335:
* [[ميتشيو كاكو]]،<ref>{{مرجع كتاب|الأخير=Kaku |الأول=Michio |وصلة مؤلف=Michio Kaku |تاريخ=2014 |عنوان=[[مستقبل العقل (كتاب)|Future of the Mind]]}}</ref>
* [[جورج غوردجييف]]،<ref>{{مرجع كتاب|الأخير=Ouspenskii |الأول= Pyotr |وصلة مؤلف=Pyotr Demianovich Ouspenskii |تاريخ=1992 |عنوان=In Search of the Miraculous. Fragments of an Unknown Teaching |صفحات=72-83 |chapter=Chapter 3}}</ref>
* نموذج العنقود العصبي {{إنج|Neurocluster Brain Model}}.<ref>{{مرجع ويب|مسار=http://neuroclusterbrain.com |عنوان=Official Neurocluster Brain Model site |تاريخ الوصول=July 22, 2017| مسار أرشيف =
== انظر أيضًا ==
|