هر آنچه که باید در مورد پردازش مجازی بدانید.

همزمان با پیشرفت علوم مختلف و دستیابی به اطلاعات جدیدتر، نیاز دانشمندان به تحلیل، مدل‌سازی و حل مسائل پیچیده بیشتر از قبل شده است. در زمان‌های گذشته بسیاری از علوم به دلیل ناتوانی در حل مسائل پیچیده، رشد زیادی نداشتند. این امر منجر به ظهور روش‌های نوین در زمینه تحلیل داده، مدل‌سازی و انجام محاسبات پیچیده شد. یکی از به روزترین روش‌‌های انجام تحلیل بر روی ابرداده‌ها، استفاده از روش پردازش مجازی است. در ادامه این مقاله با انواع پردازش مجازی بیشتر آشنا خواهیم شد.

پردازش مجازی چیست؟

به صورت کلی پردازش مجازی عبارت است از استفاده از سیستم‌هایی که بیشتر از دو پردازنده دارند. به عبارتی هر زمان که برای تحلیل و مدل‌سازی از یک سیستم با چند پردازنده استفاده می‌کنیم، درواقع از پردازش مجازی بهره برده‌ایم. امروزه استفاده از انواع پردازش مجازی بسیار مورد استقبال دانشمندان به ویژه محققان تحلیل ابرداده‌ها قرار گرفته است؛ چراکه با صرف زمان و انرژی کمتر، محاسباتی دقیق‌تر و قابل استنادتری به دست خواهند آمد.

دانشمندان برای استفاده از این روش ابتدا تمامی محاسباتی که باید توسط پردازنده‌ها صورت بگیرند را جمع‌آوری می‌کنند. سپس محاسبات را با استفاده از نرم‌افزارهای مخصوص به بخش‌های کوچک‌تر تقسیم کرده و هر بخش را به یک پردازنده اختصاص می‌دهند.

پردازنده‌ها در طول پردازش اطلاعات به طور پیوسته از طریق نرم‌افزار با یکدیگر در ارتباط‌ هستند تا در صورت رخ داد تغییر محاسبه به درست انجام شود. هنگامی که فرایند محاسبات توسط پردازنده‌ها به اتمام رسید، براساس تقسیم‌بندی‌های صورت گرفته، نتایج در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند.

تقسیم کردن محاسبات در پردازش مجازی

تاریخچه پردازش موازی

تاریخچه استفاده از انواع پردازش مجازی به سال 1954 زمانی که نخستین رایانه محاسبه‌ اعداد ممیز شناور اختراع شد، باز می‌گردد. پیش از این، محققان برای انجام تحلیل و محاسبات داده‌ها مجبور بودند تا فرایند محاسبات را تک به تک و با صرف زمان زیاد انجام دهند. در همین سال دو تن از محققان IBM برای انجام محاسبات پیچیده استفاده از شیوه پردازش موازی را ارائه کردند.

در این روش، با متصل کردن چند رایانه، برای نخستین بار توانستند تا از یک سیستم با چند پردازشگر استفاده کنند. در نتیجه این اقدام، محققان محاسبات پیچیده خود را با صرف زمان کمتر و دقتی بالا به سرانجام رساندند. با گذشت زمان، محققان توانستند که قدرت پردازشگرهای مورد استفاده در این روش را ارتقا دهند. پردازشگرهای امروزی در مقایسه با نمونه اولیه بسیار سریع‌تر و دقیق‌تر هستند و توانایی انجام محاسبات پیچیده‌تری را دارند.

نمونه سیستم‌های قدیمی پردازش مجازی

← مرکز محاسبات سریع →

اینجا کلیک کنید!

انواع روش‌های پردازش مجازی

به طور کلی انواع پردازش مجازی را می‌توان به شکل‌های مختلف دسته‌بندی کرد. از معروف‌ترین انواع پردازش مجازی می‌توان بهSIMD  و MIMD اشاره کرد.

  • SIMD (single instruction multiple data)

این روش نوعی از پردازش موازی است که در آن سیستم مورد استفاده از دو یا چند پردازشگر تشکیل شده است. در این روش انجام محاسبات توسط یک سیستم و به کمک پردازشگر‌های مختلف صورت می‌گیرند. روش SIMD بیشتر برای تحلیل ابراطلاعاتی که بر اساس معیاری مشخص دسته‌بندی شده کاربرد دارد.

  • MIMD (multiple instruction multiple data)

روش MIMD یکی دیگر از روش‌های انواع پردازش مجازی است که در آن از دو یا چند سیستم استفاده می‌شود که هر سیستم از دو یا چند پردازشگر تشکیل شده است. این روش بیشتر برای تحلیل اطلاعاتی که از منابع مختلف به دست می‌آیند، کاربرد دارد.

دسته‌بندی  انواع روش‌های پردازش مجازی

مزایا و معایب پردازش مجازی

با گذشت زمان و استفاده بیشتر دانشمندان از این روش برای انجام محاسبات پیچیده، همواره مزایا و معایب پردازش موازی موضوعی است که مورد توجه بوده است. در ادامه به ذکر نقاط قوت و ضعف انواع پردازش مجازی خواهیم پرداخت.

  • مزایا
  1. صرفه‌جویی در زمان به خصوص برای پردازش‌های سنگین و تحلیل مسائل پیچیده
  2. امکان تحلیل ابرداده‌ها
  3. مقرون به‌صرفه بودن برای تحلیل و مدل‌سازی داده‌ها
  4. امکان انجام چندین پردازش به صورت همزمان
  • معایب
  1. نیاز به دانش تخصصی برای استفاده از نرم‌افزارهای مربوطه و تقسیم فرایند برای پردازش
  2. اگرچه استفاده از این روش امکان تحلیل ابرداده‌ها را برای ما میسر می‌سازد اما در شرایطی امکان استفاده از برخی الگوریتم‌ها وجود ندارد.
  3. مصرف بسیار زیاد انرژی برای استفاده از پردازشگرها
  4. هزینه بالای تجهیرات

البته شایان ذکر است که فواید استفاده از انواع پردازش‌های موازی بسیار بیشتر از معایب آن بوده و نقاط ضعت عنوان شده را می‌توان با آموزش الگوریتم های پردازش موازی رفع کرد. همچنین می‌توان با اجاره کردن کامپوترهای مخصوصی که برای این روش طراحی شده‌اند، مشکل هزینه بالای تجهیزات را حل کنیم.

مزایا و معایب پردازش مجازی

نتیجه‌گیری

به صورت کلی استفاده از انواع پردازش مجازی محققان و دانشمندان را قادر ساخته تا از پس انجام محاسبات پیچیده در مدت زمانی کم و با دقتی بالا برآیند. همین نکته باعث شده است تا امروز شاهد رشد و پیشرفت علوم مختلف باشیم. همچنین انجام چندین محاسبه به صورت همزمان، باعث شده است تا دیگر مشکلی برای تحلیل ابرداده‌ها نداشته باشیم.

اگرچه در نگاه اول شاید استفاده از این روش بسیار دور از دسترس به نظر بیاید اما در ایران نیز شرکت‌هایی اقدام به اجاره دادن کامپیوتر مخصوص کرده‌اند. با وجود چنین شرکت‌هایی است که امروز شاهد تحقیق، مدل‌سازی و بررسی ابرداده‌ها در زمینه‌های مختلف هستیم.

سوالات متداول

در ادامه به بررسی چند سوال متداول در این زمینه خواهیم پرداخت. پس در ادامه مطلب ما را دنبال کنید.

  1. موارد استفاده از پردازش‌های موازی چیست؟

پردازش موازی در بسیاری از زمینه‌های علوم داده کاربرد دارد. به عنوان مثال اخترفیزیک، نقشه‌برداری لرزه‌ای، مدل‌سازی آب و هوا، تخمین و برآورد کشاورزی، مدیریت ریسک مالی رشته‌هایی هستند که بیشترین بهره را از پردازش موازی می‌برند.

  1. مهم‌ترین مزیت و دستاورد انواع پردازش موازی چیست؟

مهم‌ترین دستاورد این روش را می‌توان انجام چند فرایند محاسباتی دانست. این به این معنی است که یک فرایند محاسباتی را به واحدهای کوچکتر تقسیم کرده و با صرف زمان کمتر، نتیجه دقیق‌تری به دست آورد.

  1. چرا ما به پردازش موازی نیاز داریم؟

رایانه‌ها با استفاده از این روش می‌توانند پردازش‌ها را به صورت کارآمدتری اجرا کنند. در نتیجه با مرتب‌سازی ابرداده‌ها، موجب صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شوند. همچنین این روش باعث شده تا بتوانیم مسائل پیچیده‌تری را حل کرده و از نتیجه آن‌ها استفاده کنیم.

  1. چرا پردازش موازی مهم است؟

در واقع روش‌های پردازش موازی تعداد بسیار زیادی از محاسبات را در زمان کمی انجام می‌دهند. همین امر باعث شده تا بتوانیم محاسباتی که حل آن‌ها غیر ممکن و یا بسیار سخت است را به محاسبات کوچک‌تر تقسیم کرده و در مدت زمان کمتر و با هزینه پایین‌تری محاسبات را انجام دهیم.