المعالج المتجه Vector Processor

تعريف المعالج المتجه Vector Processor:

التعريف: معالج (Vector) أو “المعالج المتجه”، هو في الأساس وحدة معالجة مركزية، لديها القدرة على تنفيذ إدخال المتجه الكامل في تعليمة واحدة، بشكل أكثر تحديدًا يمكننا القول، إنّها وحدة كاملة من موارد الأجهزة التي تنفذ مجموعة متسلسلة من عناصر البيانات المتشابهة في الذاكرة باستخدام تعليمة واحدة.

نحن نعلم أنّ عناصر المتجه مرتبة بشكل صحيح بحيث يكون لها تنسيق عنونة متتالية للذاكرة، هذا هو السبب في أنّنا ذكرنا أنّه يقوم بتنفيذ البيانات بالتسلسل، يحتوي على وحدة تحكم واحدة ولكن لديها وحدات تنفيذ متعددة تؤدي نفس العملية على عناصر بيانات مختلفة للمتجه.

على عكس المعالجات العددية (scalar processors)، التي تعمل على زوج واحد فقط من البيانات، يعمل المعالج المتجه على زوج متعدد من البيانات، ومع ذلك، يمكن للمرء تحويل الرمز القياسي “العددي” إلى رمز متجه، تُعرف عملية التحويل هذه باسم (Vectorization)، لذلك، يمكننا القول أنّ معالجة المتجهات تسمح بالتشغيل على عناصر بيانات متعددة بمساعدة تعليمات فردية.

يُقال أنّ هذه التعليمات عبارة عن بيانات متعددة تعليمات فردية أو تعليمات متجهية، تستخدم وحدة المعالجة المركزية المستخدمة في الآونة الأخيرة معالجة المتجهات لأنّها مفيدة من المعالجة العددية.

كيف يعمل المعالج المتجه vector processor؟

في المخطط النموذجي الذي يوضح معالجة المتجهات بواسطة كمبيوتر متجه، سوف نرى الآتي:

الوحدات الوظيفية للكمبيوتر المتجه (vector computer) هي كما يلي:

• (IPU) أو وحدة معالجة التعليمات (instruction processing unit).

• سجل المتجهات (Vector register).

• سجل عددي (Scalar register).

• معالج عددي (Scalar processor).

• متحكم تعليمات المتجه (Vector instruction controller).

• جهاز التحكم في الوصول إلى المتجهات (Vector access controller).

• معالج فيكتور أو المعالج المتجه (Vector processor).

عمل الكمبيوتر المتجه vector computer:

دعونا نفهم الآن العملية الشاملة التي يقوم بها الكمبيوتر المتجه:

نظرًا لأنّه يحتوي على العديد من الأنابيب (pipes) الوظيفية، يمكنه تنفيذ التعليمات على المعاملات، نحن نعلم أنّ البيانات والتعليمات موجودة في الذاكرة في موقع الذاكرة المطلوب، لذا، فإنّ وحدة معالجة التعليمات، أي (IPU)، تجلب التعليمات من الذاكرة، بمجرد إحضار التعليمات، تحدد (IPU) إمّا أنّ التعليمات التي تمّ جلبها هي عددية أو متجهة في طبيعتها، إذا كانت ذات طبيعة عددية، فسيتم نقل التعليمات إلى السجل القياسي ثمّ يتم إجراء مزيد من المعالجة العددية.

بينما ، عندما تكون التعليمات متجهًا في طبيعتها، يتم تغذيتها إلى وحدة تحكم تعليمات المتجه، تقوم وحدة التحكم في تعليمات المتجه أولاً بفك تشفير تعليمات المتجه ثم تحدد وفقًا لذلك عنوان المعامل المتجه الموجود في الذاكرة، ثمّ يعطي إشارة إلى وحدة التحكم في الوصول إلى المتجه حول طلب المعامل المعني، ثمّ تقوم وحدة التحكم في الوصول المتجه هذه بجلب المعامل المطلوب من الذاكرة، بمجرد جلب المعامل، يتم تقديمه إلى سجل التعليمات بحيث يمكن معالجته في معالج المتجه.

في الأوقات التي توجد فيها تعليمات متجهية متعددة، فإنّ وحدة التحكم في تعليمات المتجه توفر إرشادات المتجه المتعددة لنظام المهام، وفي حالة ما إذا أظهر نظام المهام أنّ مهمة المتجه طويلة جدًا، فإنّ المعالج يقسم المهمة إلى متجهات فرعية، يتم تغذية هذه المتجهات الفرعية إلى معالج المتجه الذي يستخدم العديد من خطوط النقل من أجل تنفيذ التعليمات عبر المعامل الذي تم جلبه من الذاكرة في نفس الوقت، يتم جدولة تعليمات المتجه المختلفة بواسطة وحدة تحكم تعليمات المتجه.

تصنيف المعالج المتجه:

يعتمد تصنيف معالج المتجهات على قدرة تكوين المتجهات بالإضافة إلى وجود تعليمات المتجهات للمعالجة، لذلك، بناءً على هذه المعايير، يتم تصنيف معالجة المتجهات على النحو التالي:

معمارية سجل إلى سجل Register to Register Architecture:

تستخدم هذه المعمارية بشكل كبير في أجهزة الكمبيوتر المتجهة، كما هو الحال في هذه البنية، يتم جلب المعامل أو النتائج السابقة بشكل غير مباشر من خلال الذاكرة الرئيسية باستخدام السجلات، تساعد خطوط النقل العديدة الموجودة في الكمبيوتر المتجه في استرداد البيانات من السجلات وأيضًا تخزين النتائج في السجل المطلوب، سجلات المتجهات هذه قابلة للبرمجة لتعليمات المستخدم.

هذا يعني أنّه وفقًا لعنوان السجل الموجود في التعليمات، يتم جلب البيانات وتخزينها في السجل المطلوب، تحمل سجلات المتجهات هذه طولًا ثابتًا مثل طول السجل في وحدة المعالجة العادية، بعض الأمثلة على الكمبيوتر العملاق (supercomputer) الذي يستخدم معمارية سجل إلى سجل هي (Cray – 1) و(Fujitsu) وما إلى ذلك.

معمارية الذاكرة إلى الذاكرة Memory to Memory Architecture:

هنا في معمارية الذاكرة إلى الذاكرة، يتم جلب المعاملات أو النتائج مباشرة من الذاكرة على الرغم من استخدام السجلات، ومع ذلك، تجدر الإشارة هنا إلى أنّ عنوان البيانات المطلوب الوصول إليها يجب أن يكون موجودًا في تعليمات المتجه، تتيح هذه البنية جلب بيانات بحجم (512) بت من الذاكرة إلى النواقل.

ومع ذلك، نظرًا لارتفاع وقت الوصول إلى الذاكرة، تتطلب خطوط نواقل الكمبيوتر المتجه وقتًا أطول لبدء التشغيل، حيث يتطلب الأمر وقتًا أعلى لبدء تعليمات المتجه، بعض الأمثلة على أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي تمتلك معمارية ذاكرة إلى ذاكرة هي (Cyber 205) و(CDC) وما إلى ذلك.

لذلك، من المناقشة أعلاه، يمكننا أن نستنتج أنّ معمارية سجل إلى سجل أفضل من معمارية الذاكرة إلى الذاكرة لأنّه يوفر تقليلًا في وقت وصول المتجه.

مزايا المعالج المتجه:

• يستخدم معالج المتجهات تعليمات موجهة يمكن من خلالها تحسين كثافة التعليمات البرمجية للتعليمات.

• يساعد الترتيب التسلسلي للبيانات على معالجة البيانات بواسطة الأجهزة بطريقة أفضل.

• يوفر انخفاضًا في عرض النطاق الترددي للتعليمات.