پردازش موازی چیست؟ Parallel Processing چه کاربردی دارد؟

پردازش موازی نوعی از پردازش است که در آن دو یا چند پردازنده به صورت همزمان برای مدیریت قطعات و بخش‌های مختلف کار می‌کنند. انواع مختلفی از پردازش‌ها وجود دارد که در سال‌های اخیر این میزان افزایش هم پیدا کرده است با این حالی یکی از مفید‌ترین‌ها و البته کاربردی‌ترین نوع پردازش‌ها پردازش موازی می‌باشد. در این محتوا قصد داریم در مورد پردازش موازی صحبت کنیم که بسیار کاربردی است و در صنایع مختلف می‌توان از آن به عنوان یک پردازش داده استفاده کرد. اگر علاقمند به این موضوع هستید حتماً تا پایان این محتوا همراه ما باشید.

آموزش آنلاین برنامه نویسی

پردازش موازی چیست؟

پردازش موازی روشی است که در آن چندین فعالیت بر روی یک یا چند ریزپردازنده انجام می‌شود، این کار باعث افزایش عملکرد می‌شود. پردازش موازی ممکن است با یک کامپیوتر که از دو یا چند CPU در آن استفاده شده ایجاد شود و یا اینکه با چند پردازنده کامپیوتری متصل از طریق یک شبکه کامپیوتری انجام شود. مهمترین کاربرد پردازش موازی این است که به افراد این دسترسی را می‌دهد تا بتوانند از لب تاب‌های رومیزی و ساده کار‌هایی را انجام دهنده که نیاز به ابر کامپیوتر‌های بسیار سنگین است. بنابراین پردازش موازی باعث شده است که هزینه‌ها بسیار کاهش پیدا کند، دسترسی ساده‌تر شود و از سمت دیگر سرعت عملکرد نیز بسیار افزایش پیدا کند.

بعد از ده ۹۰ میلادی کامپیوتر‌ها می‌توانند دیتا‌ها را با چندین پردازنده باهم مدیریت کنند. قبل از ۱۹۹۰ کامپیوتر‌ها می‌توانستند فقط داده‌ها را به صورت سریالی پردازش کنند. این موضوع باعث شده که امروزه همه فعالیت‌ها با سرعت بسیار بالاتر و سریع‌تری انجام شوند. در عصر امروز به دلیل وجود و افزایش داده‌های اینترنتی و پردازش‌های گرافیکی سنگین موجود پردازش موازی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می‌باشد.

انواع پردازش موازی چیست؟

در حال حاضر چند نوع پردازش موازی وجود دارد که هر کدام از این نوع‌ها عملکردی متفاوت دارند و ما در این محتوا قرار است در مورد سه تا از مهمترین آنها با شما صحبت کنیم. همچنین قدرت و توانایی آن‌ها نیز می‌تواند متفاوت باشد. در این قسمت سعی می‌کنیم این سه نوع پردازش موازی را با یکدیگر مقایسه کنیم تا بهتر با کارایی هر یک از آن‌ها آشنا شوید. در عکس بالا انواع مختلف پردازش موازی را می توانید مشاهده کنید.

پردازش داده‌های چندگانه MIMD

این نوع پردازنده‌ها را می‌توان جزء چالش برانگیز‌ترین و البته نوین‌ترین نوع پردازنده‌های موازی دانست. در این نوع پردازنده‌ها یک منبع وجود دارد که به تنهایی چندین کار را با یکدیگر به صورت همزمان انجام می‌دهد. ساخت و توسعه الگوریتم‌های مدل MIMD پردازش موازی بسیار کار پیچیده‌ای است و از نظر تکنولوژی همه کشور‌ها توانایی انجام آن را ندارند. دستور العمل‌های چندگانه منبع اصلی و پردازش هر یک از آن‌ها بایستی طبق یک الگو ترتیبی دقیق انجام شود و تمامی این موارد نشان دهنده سطح بالای تکنولوژی در پردازش داده‌های چندگانه یا MIMD می‌باشد. صف در ساختمان داده این نوع پردازش گر ها بسیار خاص و منحصر به فرد می‌باشد.

پردازش داده‌های تک دستورالعمل چندگانه MISD

در این نوع از پردازش موازی چندین پردازنده داده‌های یکسانی را دریافت می‌کنند، اما هر کدام را به شکل متفاوتی پردازش می‌کنند. برای همین نتایج به دست آمده از یک داده بسیار متنوع خواهد بود. این الگوریتم‌ها طوری ساخته شده‌اند که یک داده یکسانی دریافت می‌کنند، اما آن‌ها را به شکل و مدل‌های بسیار متفاوتی پردازش می‌کنند. این نوع پردازنده‌های می‌توانند چندین دستور مختلف را روی یک داده اجرا کنند. در واقع مدل کاری MISD به این صورت است که زمانی یک داده به آن ارسال می‌شود همه الگوریتم‌ها آن داده را دریافت می‌کنند. با این حال هر کدام از این الگوریتم‌ها داده اولیه را در مسیر مختلفی پردازش می‌کنند و جواب‌های متنوعی را می‌سازند. برای مثال مسیریاب‌ها مقصد شما را به عنوان داده اولیه دریافت می‌کنند سپس آن را در مسیر‌های مختلفی که وجود دارد پردازش می‌کنند و در نهایت مسیری که سریع‌تر وراحت‌تر است را به شما ارائه می‌دهند. پردازش موازی در سیستم MISD نیز به این شکل کار می‌کند.

پردازش داده‌های موازی تک دستورالعمل SIMD

در این نوع از پردازنده‌ها داده‌های یکسانی با دستورالعمل‌های یکسانی برای پردازشگر‌ها ارسال می‌شود. در واقع یک داده مشخص به پردازش‌گر داده می‌شود تا یک مسیر مشخص را طی کند و در طی این مسیر واحد کنترل قرار گرفته است که دستور العمل‌های یکسانی را برای هر پردازش‌گر ارسال می‌کند. این نوع از پردازش موازی و پردازنده‌ها را می‌توان ساده‌تر از سایرین دانست با این حال برای ساخت آن‌ها و ایجاد الگوریتم‌های آن نیز بایستی به حد زیادی از تکنولوژی دسترسی داشت. در این قسمت سعی کردیم تا این سه مدل از پردازش موازی را با شما در میان بگذاریم و بتوانید به شما عزیزان هر یک را با نحوی که کار می‌کنند آشنا کنیم. 

مطلب پیشنهادی: داده نامتوازن چیست؟

روش کار پردازش موازی چیست؟

پردازش موازی نوعی از پردازش است که در طی آن یک کار بین پردازنده‌های مختلف تقسیم می‌شود. در واقع به جای اینکه یک پردازنده داده را دریافت کند و مراحل آن را ادامه دهد تا داده به نتیجه نهایی خودش برسد پردازنده‌های مختلفی در طی آن شرکت می‌کنند و مراحلی که نیاز است طی شود تا به داده برسند تقسیم می‌شود. این تقسیم کار باعث می‌شود تا سرعت پردازنده‌ها و همچنین دقت آن‌ها بیشتر شود. برای مثال شما از کامپیوتر استفاده می‌کنید تا یک مشکل پیچیده‌ای را حل کنید، زمانی که کامپیوتر شما دارای پردازش موازی باشد، این مشکل بین پردازنده‌های مختلف تقسیم می‌شود و هر کدام از آن‌ها قسمتی از این مشکل را رفع می‌کنند.

به این صورت تقسیم کار صورت می‌گیرد و سرعت حل مشکل افزایش پیدا می‌کند. از سمت دیگری دقت نیز افزایش پیدا خواهد کرد چرا که هر پردازنده صرفاً قسمت کوچکی از مشکل را حل می‌کند و به مسائل پیچیده برخورد نخواهد کرد. در ادامه بعد از اینکه مشکلات کوچک حل شدند پردازنده داده‌ها را جمع‌آوری می‌کند تا به جواب نهایی مشکل برسد. دلیل اینکه پردازش موازی بسیار سریع‌تر است همین تقسیم وظایف بین پردازنده‌های مختلف می‌باشد. در پرامپت نویسی باید به این نکته توجه داشت که هر چقدر متن ساده تر باشد پردازش داده برای هوش مصنوعی که از یک پردازش موازی استفاده می کند سریع تر رخ خواهد داد.

فرق پردازش موازی و پردازش همزمان

فرق اصلی پردازش موازی با پردازش همزمان در انتهای کار است. خیلی از افراد فکر می‌کنند پردازش موازی همانند پردازش همزمان است، اما تفاوت مهمی وجود دارد. همان طور که گفتیم در پردازش موازی یک مسأله بزرگ به چندین مسأله کوچک‌تر تقسیم می‌شود و در نهایت داده‌هایی که از مسأله‌های کوچک شده به دست آمده بهم دیگر متصل می‌شوند و جواب نهایی شکل می‌گیرد. در پردازش همزمان هم کار‌های مختلف با همدیگر انجام می‌شوند ولی در نهایت یک جواب به دست نمی‌اید. در واقع جواب نهایی هر یک از مسائل کوچک به شما داده می‌شود و به ترتیب سختی مسائل جوابدهی انجام می‌شود مثل پردازش موازی نیست که جواب نهایی هر مسأله همزمان و در آخر کار داده شود.

آموزش آنلاین پرامپت نویسی

چرا پردازش موازی مهم است؟

مهمترین اهمیتی که پردازش موازی دارد این است که سرعت انجام کار‌ها را به شدت افزایش داده است. همچنین برای انجام مسائل پیچیده بایستی از پردازش موازی استفاده کرد اگر همچین شکلی از پردازش وجود نداشت ما سیستمی مثل ماشین لرنینگ یا هوش‌های مصنوعی امروزی را نداشتیم. برای استفاده از هر کدام از این سیستم‌ها بایستی دریافت داده‌ها به صورت تکه تکه صورت بگیرد و بعد از اینکه بررسی انجام شد، کامپیوتر جواب خواهد داد. پس موضوع بسیار مهمی که در پردازش موازی وجود دارد این است که می‌تواند مسائل بسیار بزرگ را خیلی سریع انجام دهد.

در ده‌های اخیر وجود پردازش موازی بسیار به پیشرفت تکنولوژی کمک کرده است و امروزه اکثر وسایل الکترونیکی که نیاز به تکنولوژی دارد محتاج این پردازش گر‌ها هستند. هر چقدر بتوان این نوع از پردازش گر‌ها را قوی‌تر کرد تکنولوژی و قدرت فناوری‌های جدید‌تر نیز افزایش پیدا خواهد کرد. برای مثال هوش مصنوعی می‌تواند داده‌های بیشتری را دریافت کند و جواب‌ها را سریع‌تر و دقیق‌تر پاسخ دهد. می‌توانیم بگوییم در حال حاضر جنگی بین سخت‌افزار‌های پردازش موازی وجود دارد که موجب پیشرفت سریع‌تر تکنولوژی شده است.

مطلب پیشنهادی: الگوریتم مرتب‌سازی سریع چیست؟

مزایای استفاده از پردازش موازی چیست؟

در مورد اهمیت پردازش موازی صحبت کردیم، اما در این قسمت قصد داریم در مورد مهمترین مزیت‌های این نوع پردازنده‌ها نسبت به سایر پردازنده‌هایی که وجود دارد صحبت کنیم.

کاهش هزینه‌ها

همانطور که می‌دانید در ساخت یک کامپیوتر یا ابر کامپیوتر بایستی پردازنده‌های مختلفی قرار بگیرد تا هر یک از آن‌ها کار‌های مختلفی را انجام دهد. در واقع هر پردازنده مسئول بخش خاصی از کامپیوتر می‌باشد، حالا تلفن همراه‌های امروزی را تصور کنید. با تلفن همراه‌های امروزی شما می‌توانید هزاران کار مختلف را انجام دهید. برای مثال می‌توانید عکس بگیرد، داده‌های مختلفی را ذخیره کنید، مسیریابی کنید، به اینترنت متصل شوید و … هر کدام از این بخش‌ها نیاز به چندین پردازنده مختلف دارد تا بتواند دستوری که شما می‌دهید را تلفن همراه انجام دهد.

اگر قرار باشد ار پردازش موازی در آن‌ها استفاده نشود باید برای هر یک از این کار‌ها ۱۰‌ها پردازنده مختلف تعبیه شود. همین باعث می‌شود که هزینه ساخت یک تلفن همراه به شدت افزایش پیدا کند. حال اگر برای هر یک از فعالیت‌ها یک پردازنده که از سیستم پردازش موازی برخوردار است استفاده شود به شدت هزینه‌ها کاهش پیدا می‌کند. در واقع جای ده‌ها پردازنده کافی است از یک پردازش‌گر استفاده کرد.

حل مسائل پیچیده

در طول محتوا اشاره کردیم که مهمترین اهمیت پردازش موازی این است که می‌تواند مسائل پیچیده را به راحتی با سیستم موازی خودش انجام دهد. گفتیم که یک داده وارد می‌شود و سپس به مسائل کوچک‌تر و غیر پیچیده تقسیم می‌شود و در نهایت داده‌های نهایی کنار هم قرار می‌گیرند و یک مسأله بزرگ حل خواهد شد. این موضوع بسیار مهمی است که باید به آن توجه کرد اگر سیستمی وجود نداشته باشد که مثل پردازش موازی یک مسأله بزرگ در آن تقسیم‌بندی نشود و پردازش‌گر مجبور باشد به تنهای یک مسأله بزرگ را حل کند سرعت انجام کار تا حد خیلی زیادی بالا می‌رود. از سمتی باعث می‌شود تا قدرت نیز کاهش پیدا کند و امکان خطا هم عملاً افزایش پیدا خواهد کرد. از این جهت یکی از مهمترین مزایای پردازش موازی این است که می‌تواند در حل مسائل پیچیده بسیار کمک‌کننده باشد.

پاسخ سریع‌تر

هر چقدر یک داده بزرگ به داده کوچکتری تبدیل شود و این مسائل کوچک‌تر حل شوند و در نهایت به یکدیگر متصل شوند طبیعتا پاسخ پردازش گر‌ها نیز افزایش پیدا می‌کند. این نکته بسیار مهم است برای مثال در تلفن‌های همراه قدیمی‌تر از پردازش موازی استفاده نمی‌شد. برای همین دو مشکل به وجود می‌آمد یک اینکه کارخانه‌ها امکانات زیادی را روی گوشی‌ها قرار نمی‌دادند. دومین مشکل این بود که اگر کارخانه‌ای امکاناتی را روی گوشی قرار می‌داد انجام آن امکانات و استفاده از آن‌ها نیاز به صبر زیاد مردم داشت.

برای مثال ممکن بود در پیدا کردن و یا ذخیره داده‌ها گوشی دقایق زیادی را در حالت لودینگ سپری کند. این مشکل بر روی کامپیوتر‌ها نیز قرار داشت. امروزه لب تاب‌ها در عرض چند ثانیه روشن می‌شوند و آماده کار هستند ولی ده سال پیش اینگونه نبود و ممکن بود لب تابی نیاز داشته باشد چند دقیقه در حالت لودینگ سپری کند. پاسخ سریع‌تر باعث شده تا استفاده‌کننده‌ها حس بهتری از تکنولوژی‌ها جدید‌تر داشته باشند و از سمت دیگری زمان خودشان را برای انجام کار‌ها صرف کنند نه اینکه مدت زیادی را برای انجام یک کار سپری کنند.

افزایش توانایی

با استفاده از پردازش موازی کارایی و توانایی محصولات جدید حوزه فناوری نیز افزایش پیدا کرده است. برای مثال شما می‌توانید چندین برنامه را پشت سر هم باز و بسته کنید بدون اینکه ذره‌ای مشکل در طی استفاده شما پیش بیاید. یا ممکن است بتوانید از یک برنامه که چندین امکان مختلف را به شما می‌دهد پشت سر هم استفاده کنید. در واقع یکی دیگر از مزایای مهم سیستم پردازش موازی این است که باعث شده افزایش توانایی‌های محصولات جدید تکنولوژی تا حد بسیار زیادی افزایش پیدا کند.

مطلب پیشنهادی: آموزش پیمایش درخت در ساختمان داده

جمع‌بندی

پردازش موازی نوعی سیستم پردازنده است که بعد از سال ۱۹۹۰ میلادی شروع به استفاده قرار گرفته است. در طی این مدت نیز بسیار پیشرفته‌تر شده طوری که در حال حاضر در اکثر محصولات فناورانه مثل موبایل، کامپیوتر‌ها و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. نکته مهم این فناوری این است که داده‌ها یا مشکلات را به داده‌های کوچکتری تقسیم می‌کند. سپس این داده‌های کوچک شده را به تنهایی حل می‌کند و در نهایت جواب‌ها را جمع‌آوری می‌کند و یک جواب نهایی ارسال خواهد کرد. این نکته که در پردازش موازی وجود دارد باعث شده است که پردازنده‌های موازی با قدرت بیشتری کار کنند و همچنین بتوانند سریع‌تر به جواب برسند. در طول این محتوا در مورد اهمیت‌های این پردازنده و همچنین مزایای آن بیشتر صحبت کردیم. ‌امیدواریم این محتوا به شما کمک کرده باشد تا بتوانید بیشتر پردازنده موازی را بشناسید، حتماً نظرات خودتان را در این زمینه برای ما بنویسید.