Alternative Architectures

الفصل الحادي عشر: المعماريات البديلة والمتقدمة

الهدف: التمييز بين RISC/CISC، فهم تصنيف Flynn (SISD, MIMD)، والحوسبة الكمومية.
1

RISC vs. CISC Architectures

RISC (Reduced Instruction Set) CISC (Complex Instruction Set)
تعليمات بسيطة وقليلة (Simple & Few). تعليمات معقدة وكثيرة (Complex & Many).
طول التعليمة ثابت (Fixed Length). طول التعليمة متغير (Variable Length).
Hardwired Control (سريع جداً). Microprogrammed Control (يحتاج ترجمة).
يعتمد على Registers (Load/Store فقط للذاكرة). يمكن لأي تعليمة الوصول للذاكرة (Memory Access).
التعقيد يقع على عاتق المترجم (Compiler). التعقيد يقع على عاتق الهاردوير (Hardware).
2

Flynn's Taxonomy (تصنيف فلين)

تصنيف الأنظمة بناءً على عدد تدفقات التعليمات (Instruction Streams) وتدفقات البيانات (Data Streams).

SISD
Single Instruction, Single Data
PC التقليدي (Uniprocessor)
SIMD
Single Instruction, Multiple Data
Vector Processors / GPUs
MISD
Multiple Instruction, Single Data
نادر جداً (غير مستخدم عملياً)
MIMD
Multiple Instruction, Multiple Data
Supercomputers / Clusters
SPMD (New): Single Program Multiple Data.
هو النوع الأكثر شيوعاً حالياً: نفس البرنامج يعمل على عقد مختلفة، لكن كل عقدة تعالج بيانات مختلفة بمسارات مختلفة.
3

Parallel Architectures

SMP (Symmetric Multiprocessors)

  • • معالجات قليلة.
  • • Shared Memory: ذاكرة مشتركة واحدة.
  • • Tightly Coupled: اتصال وثيق جداً.
  • • مثال: معالجات الـ Multi-core في أجهزتنا.

MPP (Massively Parallel)

  • • آلاف المعالجات.
  • • Distributed Memory: كل معالج له ذاكرته.
  • • Loosely Coupled: الاتصال عبر الشبكة.
  • • مثال: أجهزة الكمبيوتر العملاقة (Supercomputers).
4

Alternative & Future Computing

1. Dataflow Computing

لا يوجد عداد برنامج (PC). التعليمة تنفذ بمجرد توفر البيانات (Data Driven). رائع للتوازي.

2. Neural Networks (Perceptrons)

محاكاة للدماغ البشري. تعتمد على عناصر معالجة بسيطة وكثيرة وتعديل الأوزان (Weights) للتعلم.

3. Quantum Computing (الحوسبة الكمومية)

  • Qubit: يمكن أن يكون 0 و 1 في نفس الوقت.
  • Superposition (التراكب): وجود الكيوبت في عدة حالات معاً.
  • Entanglement (التشابك): ارتباط فوري بين الكيوبتات مهما بعدت المسافة.
  • Power: قدرة هائلة لفك التشفير وحل المسائل المعقدة.
EXAM VAULT (خزنة الاختبار)
TRAP / فخ شائع

RISC vs CISC Philosophy

RISC: يركز على تقليل الدورات لكل تعليمة (Cycles per Instruction).
CISC: يركز على تقليل عدد التعليمات للبرنامج الواحد (Instructions per Program).
لا تخلط بين الهدفين!

ANALOGY / تشبيه

Systolic Arrays

سميت "الانقباضية" تشبيهاً بضخ الدم في القلب.
البيانات تتدفق عبر مصفوفة من المعالجات، وكل معالج يمرر النتيجة لجاره.
الاستخدام: معالجة الصور والمصفوفات (Matrix Operations).

→ السابق (Ch 10) الفصل التالي (Ch 12) ←