الفرق بين UMA و NUMA

• 2019

يمكن تقسيم المعالجات المتعددة إلى ثلاث فئات نموذجية للذاكرة المشتركة - UMA (Uniform Memory Access) و NUMA (وصول غير موحد للذاكرة) و COMA (ذاكرة الوصول إلى ذاكرة التخزين المؤقت فقط). يتم التمييز بين النماذج بناءً على كيفية توزيع موارد الذاكرة والأجهزة. في نموذج UMA ، تتم مشاركة الذاكرة الفعلية بشكل متساوٍ بين المعالجات التي تحتوي أيضًا على وقت استجابة متساوي لكل كلمة ذاكرة ، بينما توفر NUMA وقتًا متغيرًا للوصول للمعالجات للوصول إلى الذاكرة.

يتم تقييد النطاق الترددي المستخدم في UMA إلى الذاكرة لأنه يستخدم وحدة تحكم ذاكرة مفردة. الدافع الأساسي لمجيء أجهزة NUMA هو تحسين النطاق الترددي المتوفر إلى الذاكرة باستخدام وحدات تحكم متعددة للذاكرة.

رسم بياني للمقارنة

أساس للمقارنة	UMA	NUMA
الأساسية	يستخدم وحدة تحكم في الذاكرة واحدة	تحكم ذاكرة متعددة
نوع من الحافلات المستخدمة	واحد ، متعددة وشريط العرض.	شجرة وتسلسل هرمي
ذاكرة الوصول إلى الوقت	مساو	التغييرات وفقا لمسافة المعالجات الدقيقة.
مناسب ل	تطبيقات للأغراض العامة وتقاسم الوقت	التطبيقات في الوقت الحقيقي والوقت الحرج
سرعة	أبطأ	بسرعة
عرض النطاق	محدود	أكثر من UMA.

تعريف UMA

نظام UMA (الوصول إلى الذاكرة الموحدة) هو بنية ذاكرة مشتركة للمعالجات المتعددة. في هذا النموذج ، يتم استخدام ذاكرة واحدة والوصول إليها من قبل جميع المعالجات التي تقدم نظام متعدد المعالجات بمساعدة شبكة الربط البيني. كل معالج لديه ذاكرة الوصول إلى وقت متساو (الكمون) وسرعة الوصول. يمكن أن يستخدم أيًا من ناقل واحد ، أو ناقل متعدد أو محولًا متقاطعًا. كما أنه يوفر الوصول المتوازن للذاكرة المشتركة ، وهو معروف أيضًا باسم أنظمة SMP (المتماثل متعدد المعالجات) .

يظهر التصميم النموذجي لـ SMP أعلاه حيث يتم توصيل كل معالج أولاً بالذاكرة المؤقتة ثم يتم ربط ذاكرة التخزين المؤقت بالحافلة. في النهاية يتم توصيل الحافلة إلى الذاكرة. تقلل بنية UMA هذه من التنافس على الحافلة من خلال جلب الإرشادات مباشرة من ذاكرة التخزين المؤقت الفردية المعزولة. كما يوفر إمكانية متساوية للقراءة والكتابة لكل معالج. الأمثلة النموذجية لنموذج UMA هي خوادم Sun Starfire و Compaq alpha server و HP v series.

تعريف NUMA

NUMA (الوصول غير الموحد للذاكرة) هو أيضًا نموذج متعدد المعالجات يتم فيه توصيل كل معالج بالذاكرة المخصصة. ومع ذلك ، فإن هذه الأجزاء الصغيرة من الذاكرة تتحد لجعل مساحة عنوان واحدة. النقطة الرئيسية للتفكير هنا هي أنه على عكس UMA ، يعتمد وقت الوصول للذاكرة على المسافة التي يتم فيها وضع المعالج مما يعني اختلاف وقت وصول الذاكرة. يسمح بالوصول إلى أي من موقع الذاكرة باستخدام العنوان الفعلي.

كما ذكرنا أعلاه ، فإن بنية NUMA تهدف إلى زيادة عرض النطاق الترددي المتوفر إلى الذاكرة والذي تستخدم له وحدات تحكم متعددة للذاكرة. فهو يجمع بين العديد من النوى الآلية في " العقد " حيث يوجد لكل وحدة تحكم في الذاكرة. للوصول إلى الذاكرة المحلية في جهاز NUMA ، يقوم النواة باسترداد الذاكرة التي تديرها وحدة التحكم في الذاكرة من خلال العقدة. أثناء الوصول إلى الذاكرة البعيدة التي تتم معالجتها بواسطة وحدة التحكم في الذاكرة الأخرى ، يرسل القلب طلب الذاكرة عبر ارتباطات الربط البيني.

تستخدم بنية NUMA شبكات الشجرة والحركات الهرمية لتوصيل كتل الذاكرة والمعالجات. BBN ، TC-2000 ، SGI Origin 3000 ، Cray هي بعض الأمثلة على بنية NUMA.

الاختلافات الرئيسية بين UMA و NUMA

1. يستخدم طراز UMA (الذاكرة المشتركة) واحد أو اثنين من وحدات تحكم الذاكرة. في مقابل ذلك ، يمكن أن يكون لدى NUMA وحدات تحكم متعددة للذاكرة للوصول إلى الذاكرة.
2. يتم استخدام حافلات واحدة ومتعددة وعوارض في بنية UMA. وبالعكس ، تستخدم NUMA نظامًا هرميًا ونوعًا من busses واتصال الشبكة.
3. في UMA ، يكون وقت الوصول إلى الذاكرة لكل معالج هو نفسه أثناء تغيير NUMA للدخول إلى الذاكرة مع تغير مسافة الذاكرة من المعالج.
4. تطبيقات عامة وتقاسم الوقت مناسبة لأجهزة UMA. في المقابل ، فإن التطبيق المناسب لـ NUMA هو في الوقت الحقيقي ومحفوظ للوقت.
5. تعمل الأنظمة المتوازية القائمة على UMA بشكل أبطأ من أنظمة NUMA.
6. عندما يتعلق الأمر بعرض النطاق الترددي UMA ، يكون عرض النطاق الترددي محدودًا. على العكس ، يحتوي NUMA على نطاق ترددي أكبر من UMA.

استنتاج

توفر بنية UMA نفس زمن الوصول الكلي للمعالجات التي تصل إلى الذاكرة. هذا ليس مفيدًا جدًا عند الوصول إلى الذاكرة المحلية لأن وقت الاستجابة سيكون متجانسًا. من ناحية أخرى ، في كل NUMA كان لكل معالج الذاكرة المخصصة التي تقضي على الكمون عند الوصول إلى الذاكرة المحلية. يتغير زمن الوصول كالمسافة بين المعالج وتغييرات الذاكرة (أي غير منتظم). ومع ذلك ، قام NUMA بتحسين الأداء بالمقارنة مع بنية UMA.