الحوسبة الموزعة
في علوم الكمبيوتر، الحوسبة الموزعة هي طريقة لجعل أجهزة كمبيوتر متعددة تعمل معًا لحل مشكلة مشتركة.إنه يجعل شبكة الكمبيوتر تبدو وكأنها جهاز كمبيوتر قوي واحد، مما يوفر موارد هائلة لمواجهة التحديات المعقدة.يدرس هذا المجال البحثي بشكل أساسي كيفية قيام الأنظمة الموزعة بإجراء العمليات الحسابية.النظام الموزع هو مجموعة من أجهزة الكمبيوتر المتصلة ببعضها البعض من خلال شبكة لتمرير الرسائل والتواصل وتنسيق سلوكها. تتفاعل المكونات مع بعضها البعض لتحقيق هدف مشترك. علم تقسيم البيانات الهندسية التي تتطلب الكثير من الحسابات إلى أجزاء صغيرة، وجعل أجهزة كمبيوتر متعددة تحسبها بشكل منفصل، وتحميل نتائج الحسابات، ثم توحيد النتائج ودمجها لاستخلاص استنتاجات البيانات.
مزايا الحوسبة الموزعة
تتمتع الأنظمة الموزعة بالعديد من المزايا مقارنة بالحوسبة ذات النظام الواحد. وفيما يلي بعض الأمثلة:
- قابلية التوسع:يمكن أن تنمو الأنظمة الموزعة مع أحمال العمل والمتطلبات، ويمكن إضافة عقد جديدة، أو المزيد من أجهزة الحوسبة، إلى شبكة الحوسبة الموزعة حسب الحاجة.
- التوفر:لن يتعطل نظام الحوسبة الموزعة بسبب فشل أحد أجهزة الكمبيوتر. يتميز التصميم بقدرته على تحمل الأخطاء لأنه يمكنه الاستمرار في العمل حتى في حالة تعطل أجهزة الكمبيوتر الفردية.
- تناسق:تتشارك أجهزة الكمبيوتر في النظام الموزع المعلومات فيما بينها وتكرر البيانات، ولكن النظام يدير تلقائيًا اتساق البيانات عبر جميع أجهزة الكمبيوتر المختلفة. وبالتالي، يمكنك الاستمتاع بمزايا التسامح مع الأخطاء دون التأثير على اتساق البيانات.
- الشفافية:توفر أنظمة الحوسبة الموزعة فصلًا منطقيًا بين المستخدمين والأجهزة المادية. بإمكانك التفاعل مع النظام كما لو كان جهاز كمبيوتر واحدًا دون الحاجة إلى القلق بشأن إعداد وتكوين الجهاز الفردي. يمكنك الحصول على أجهزة وبرامج وسيطة وبرامج وأنظمة تشغيل مختلفة تعمل معًا لجعل النظام يعمل بسلاسة.
- كفاءة:توفر الأنظمة الموزعة أداءً أسرع من خلال الاستخدام الأمثل للموارد الخاصة بالأجهزة الأساسية. ونتيجة لذلك، يمكنك إدارة أي عبء عمل دون القلق بشأن فشل النظام بسبب زيادة السعة أو الاستخدام غير الكافي للأجهزة باهظة الثمن.
حالات استخدام الحوسبة الموزعة
أصبحت الحوسبة الموزعة شائعة جدًا في أيامنا هذه. تعتمد تطبيقات الهاتف المحمول والويب على الحوسبة الموزعة، حيث تعمل العديد من الأجهزة معًا على الواجهة الخلفية حتى يتمكن التطبيق من توفير المعلومات الصحيحة. عندما تتوسع الأنظمة الموزعة عموديا، فإنها تصبح قادرة على معالجة تحديات أكثر تعقيدا. وفيما يلي بعض حالات الاستخدام للحوسبة الموزعة:
1. الرعاية الصحية وعلوم الحياة
تستخدم الرعاية الصحية وعلوم الحياة الحوسبة الموزعة لنمذجة ومحاكاة بيانات علوم الحياة المعقدة. يتم تسريع تحليل الصور، وأبحاث الأدوية الطبية، وتحليل البنية الجينية من خلال الأنظمة الموزعة. وفيما يلي بعض الأمثلة:
- تسريع تصميم الأدوية المبني على البنية من خلال تصور النماذج الجزيئية في ثلاثة أبعاد؛
- تقليل وقت معالجة البيانات الجينومية لتمكين الكشف المبكر عن السرطان والتليف الكيسي ومرض الزهايمر؛
- تطوير أنظمة ذكية لمساعدة الأطباء في تشخيص المرضى من خلال معالجة كميات كبيرة من الصور المعقدة مثل التصوير بالرنين المغناطيسي والأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب.
2. البحوث الهندسية
يمكن للمهندسين محاكاة مفاهيم الفيزياء والميكانيكا المعقدة على الأنظمة الموزعة. ويستخدمون هذا البحث لتحسين تصميم المنتجات، وبناء الهياكل المعقدة، وتصميم المركبات الأسرع. وفيما يلي بعض الأمثلة:
- تدرس ديناميكيات الموائع الحسابية سلوك السوائل وتنفذ هذه المفاهيم في تصميم الطائرات وسيارات السباق.
- تتطلب الهندسة بمساعدة الكمبيوتر أدوات محاكاة مكثفة حسابيًا لاختبار هندسة المصانع والإلكترونيات والمنتجات الاستهلاكية الجديدة.
3. الخدمات المالية
تستخدم شركات الخدمات المالية أنظمة موزعة لإجراء عمليات محاكاة اقتصادية عالية السرعة لتقييم مخاطر المحفظة، والتنبؤ بتحركات السوق، ودعم اتخاذ القرارات المالية. يمكنهم إنشاء تطبيقات ويب تستخدم قوة الأنظمة الموزعة للقيام بما يلي:
- توفير أقساط منخفضة التكلفة وشخصية
- دعم المعاملات المالية ذات الحجم الكبير بشكل آمن باستخدام قاعدة بيانات موزعة.
- التحقق من هوية المستخدمين وحماية العملاء من الاحتيال
4. الطاقة والبيئة
تحتاج شركات الطاقة إلى تحليل كميات كبيرة من البيانات لتحسين العمليات والانتقال إلى حلول مستدامة وصديقة للمناخ. إنهم يستخدمون أنظمة موزعة لتحليل كميات كبيرة من البيانات المتدفقة من شبكات واسعة من أجهزة الاستشعار والأجهزة الذكية الأخرى. وفيما يلي بعض المهام التي قد يقومون بها:
- تدفق ودمج البيانات الزلزالية للتصميم الهيكلي لمحطات الطاقة
- مراقبة الآبار في الوقت الفعلي لإدارة المخاطر الاستباقية