اقرأ في هذا المقال
- أساسيات نظام تبديل الاتصالات متعدد البروتوكولات
- مبدأ عمل نظام تبديل الاتصالات متعدد البروتوكولات
- تطور نظام تبديل الاتصالات متعدد البروتوكولات
يتم توفير بنية شريحة الحوسبة والاتصالات، حيث يتم تنفيذ واجهات وصول المعالج إلى رقائق الذاكرة كواجهة تسلسلية عالية السرعة لتحويل الحزم كجزء من كل شريحة، كما يتم إنجاز الواجهة من خلال واجهة جيجابت إيثرنت يتم توفيرها بواسطة معالج بروتوكول مدمج كجزء من الشريحة.
أساسيات نظام تبديل الاتصالات متعدد البروتوكولات
يقوم معالج البروتوكول بتغليف عنوان الذاكرة ومعلومات التحكم مثل القراءة والكتابة وعدد البايت المتتالية وما إلى ذلك كحزمة إيثرنت للاتصال بين المعالج ورقائق الذاكرة الموجودة على نفس اللوحة الأم، أو حتى على بطاقات دوائر مختلفة ويتم تقليل الاتصال عبر رأس بروتوكول (Ethernet) بشكل أكبر، باستخدام بروتوكول (Ethernet) مُحسَّن مع إطارات بيانات مختصرة داخل منطقة مقيدة أو عن طريق استخدام مفتاح دفق بت، حيث يمكن إنشاء مسارات اتصال مباشر بين العناصر التي تشتمل على هندسة الحوسبة أو الاتصالات.
يدل مصطلح هندسة الكمبيوتر إلى الترابط بين مجموعة أساسية من الوحدات الوظيفية التي تتضمن نظاماً فرعياً للمعالجة ينفذ التعليمات ويعمل على البيانات، وهو نظام ذاكرة فرعي يتعاون مع النظام الفرعي للمعالجة لتمكين تخزين البيانات والتعليمات المحددة، ويتم نقلها بين النظامين الفرعيين ونظام إدخال أو إخراج (I / O) الفرعي الذي يسمح على الأقل لنظام المعالجة الفرعي، بتبادل البيانات والتعليمات مع الشبكة والبيئة الطرفية الخارجية للكمبيوتر.
يمكن تكوين هذه المجموعة الأساسية من الوحدات الوظيفية في طبولوجيا مختلفة لأنظمة الكمبيوتر باستخدام ترتيبات الاتصال البيني المختلفة التي تحكم تبادل الاتصالات بين الوحدات الوظيفية، كما يمكن أن يقترن المعالج وذاكرته محلياً في بطاقة دائرة أو يمكن أن ينتشر جغرافياً على هيكل النظام عبر اتصال بيني خلفي.
يمثل الكمبيوتر الشخصي (PC) أكثر هندسة الكمبيوتر نجاحاً والأكثر استخداماً، ولم يتغير الكثير منذ طرح الكمبيوتر الشخصي لأول مرة في الثمانينيات، ويتكون الكمبيوتر الشخصي النموذجي من لوحة دائرة واحدة ويُشار إليها باسم اللوحة الأم، والتي تتضمن معالجاً دقيقاً يعمل كوحدة معالجة مركزية (CPU) وذاكرة نظام وناقل محلي أو نظام يوفر التوصيل البيني بين شريحة وحدة المعالجة المركزية.
وكذلك شرائح ذاكرة النظام الموجودة على اللوحة الأم ومنافذ الإدخال أو الإخراج التي يتم تحديدها عادةً بواسطة الموصلات على طول حافة اللوحة الأم، كما يمكن العثور على أكثر حداثة على بنية الكمبيوتر الشائعة القائمة على الهيكل في مجال الحوسبة عالية الأداء (HPC)، وكان أحد الابتكارات المعمارية في مجال (HPC) هو اعتماد تكوين الخادم، حيث يتم توصيل شفرة واحدة أو أكثر مثل شفرات الخادم وشفرات الذاكرة وشفرات الإدخال أو الإخراج وشفرات الكمبيوتر الشخصي في حامل مشترك يعتمد على معايير الصناعة.
بدلاً من وضع جميع الرقائق لنظام الكمبيوتر على لوحة أم واحدة يتم تقسيم العناصر الوظيفية لنظام الكمبيوتر إلى بطاقات دوائر أصغر، ويشار إليها باسم الشفرات التي يتم ربطها معاً بواسطة لوحة معززة تقوم بتوجيه كميات كبيرة من البيانات بين شفرات مختلفة، وفي معظم تكوينات (HPC) تم تنفيذ نسيج اللوحة الخلفية للحامل المشترك من خلال تقنية ربط ناقل متوازي موحد مثل ناقل (PCI).
- “PCI” هي اختصار لـ “Peripheral Component Interconnect”.
- “HPC” هي اختصار لـ “High Probability of Completion”.
- “PC” هي اختصار لـ “Personal Computer”.
- “CPU” هي اختصار لـ “Central Processing Unit”.
مبدأ عمل نظام تبديل الاتصالات متعدد البروتوكولات
يسمح تفكيك المكونات الوظيفية على شفرات بمزيد من المرونة من حيث تكوينات المكونات بينما يسمح استخدام التوصيل البيني القياسي مثل ناقل (PCI)، بتكوين الشفرات من موفرين مختلفين معاً في نفس الحامل المشترك، وكان استخدام واجهة ناقل محلية أو نظام معياري مثل ناقل (PCI) أمراً بالغ الأهمية لنجاح بنية الشفرة لأنظمة كمبيوتر (HPC) وأنظمة كمبيوتر الخادم.
إحدى المعلمات التي لها تأثير كبير على أداء النظام وتنفيذه هي طريقة الوصول إلى الذاكرة التي تستخدمها المعالجات، وهناك نوعان من الهياكل الأساسية للوصول إلى الذاكرة وإحدى البنى هي بنية (Von Neumann)، حيث يتم استخدام ذاكرة مشتركة واحدة لتخزين التعليمات والبيانات مع ناقل بيانات واحد وناقل عنوان واحد بين المعالج والذاكرة.
تتطلب هذه البنية أن يتم جلب التعليمات والبيانات بالتسلسل لإدخال قيود على عرض النطاق الترددي للعملية والذي يُطلق عليه غالباً “Von Neuman Bottleneck”، ويشار إلى البنية الثانية للوصول إلى الذاكرة باسم بنية هارفارد التي تستخدم ذكريات منفصلة جسدياً وناقلات مخصصة لتعليماتها وبياناتها لذلك يمكن جلب التعليمات والمعاملات في وقت واحد.
تتضمن كلا البنيتين ناقلاً أو وسائل لنقل المعلومات بين المعالج والذاكرة، وفي حين كانت هناك خطوات كبيرة فيما يتعلق بقوة وحدة المعالجة المركزية المتاحة، وسعة الذاكرة وسرعات الذاكرة للمكونات الفردية لنظام الكمبيوتر، فإنّ التقدم في التوصيلات البينية للذاكرة والمعالج والوصول إلى الذاكرة من حيث سرعة الناقل المحلي أو ناقل النظام المتوازي تخلفت كثيرا عن التطور.
كما أنّ المعالجات والذكريات التي يمكن أن تعمل عند تردد يصل إلى (3 جيجاهرتز) معروفة، لكن ناقلات النظام المحلي، التي يمكن أن تعمل كوصلة اتصال موازية للناقل بسرعات تتناسب مع سرعات المعالج نادرة جداً نظراً لصعوبة تنفيذ مثل هذه الناقلات عالية السرعة، كما يعمل ناقل النظام المشار إليه باسم ناقل الجانب الأمامي، والذي يستخدم للتوصيل الخارجي بشكل أبطأ من سرعة المعالج.
كما تتواصل أجهزة الإدخال أو الإخراج الخارجية للوحة الأم عبر ناقل إدخال أو إخراج بطيء السرعة، مثل ناقل (PCI) المتصل بمجموعة شرائح على اللوحة الأم، ويُشار إليها باسم جسر والذي بدوره يتصل بوحدة المعالجة المركزية على الحافلة الأمامية والجانبية، كما يعمل بشكل جيد عندما تتصل أجهزة الإدخال أو الإخراج بسرعات أبطأ بكثير من سرعات المعالجات والذاكرة الرئيسية.
تطور نظام تبديل الاتصالات متعدد البروتوكولات
يمكن للتطورات الحالية في تقنيات الإدخال أو الإخراج مثل (Infiniband) و(Multi Gigabit Ethernet) وتوصيل اتصالات الإدخال أو الإخراج في معدلات تقترب من عدة جيجابت في الثانية لأعلى، ولقد طغت هذه التطورات على الفروق التقليدية بين ذاكرة وحدة المعالجة المركزية ومعاملات (CPU-I / O) وألغت الأساس المنطقي لنقل اتصالات الإدخال أو الإخراج إلى ناقل إدخال أو إخراج قديم منفصل وأبطأ مثل ناقل (PCI).
تتمثل إحدى التحديات في محاولة زيادة سرعة حافلات الإدخال أو الإخراج في أنّ ترتيب الناقل المتوازي عرضة لمشاكل انحراف الساعة بين تدفق البيانات، في الموازاة المنفصلة مسارات البيانات التي قد تختلف عن بعضها البعض بطول مسار صغير جداً، كما ثبت أنّ استعادة الساعة وإعادة بناء البيانات يمثلان مشكلة متزايدة وغير موثوقة مع زيادة أطوال المسار أو سرعات نقل البيانات أو عدد المسارات المتوازية.
بالإضافة إلى ذلك تستحوذ الناقلات الموازية على مساحة كبيرة من لوحات الدوائر الكهربائية، ولا يعتبر الترحيل من الواجهات المتوازية إلى الواجهات التسلسلية بين المكونات، في بنية الحوسبة فريداً بالنسبة لواجهة المعالج أو الذاكرة وأصبحت الواجهات التسلسلية أيضاً معياراً لجميع قنوات اتصال الإدخال أو الإخراج تقريباً.
بما في ذلك وسائل تحويل التوصيل البيني المتقدم (ASI)، والتي تستخدم التسلسلات الهرمية وقنوات ممرات البيانات التسلسلية المتعددة ذات السرعة العالية، أو تقنيات (DMA) الخاصة بتبديل حزم البيانات ويمكن لبروتوكولات الإدخال أو الإخراج القياسية في الصناعة، مثل (Infiniband) و(Fiber Channel) و(Gigabit Ethernet) تقديم اتصالات الإدخال أو الإخراج بمعدلات تقترب من عدة جيجابت في الثانية.
- “ASI” هي اختصار لـ “Asynchronous Serial Interface”.
- “DMA” هي اختصار لـ “Digital Media Adaptor”.
