2. Навести класифікацію обчислювальних систем згідно з м.Флінном.

Найбільш відомою класифікацією архітектур обчислювальних систем є класифікація М. Флінн, запропонована в 1966 році. Класифікація базується на понятті потоку - послідовність команд або даних, обробляється процесором. На основі кількості потоків даних М. Флінн виділив 4 класу архітектур:

SISD (Single Instruction stream / Single Data stream) - одиночний потік команд і одинарний потік даних, їх обробки. Сюди можна віднести звичайні послідовні ЕОМ.

SIMD (Single Instruction stream / Multiple Data stream) - одиночний потоком команд і множинний потік даних. В архітектурі зберігається один потік команд, що включає, на відміну від попереднього класу, векторні команди, тобто це системи, в яких в кожний момент часу може виконуватися одна і та ж команда для обробки декількох інформаційних елементів, наприклад над елементами вектора.

MISD (Multiple Instruction stream / Single Data stream) - множинний потік команд і одинарний потік даних, тобто в архітектурі присутній багато процесорів, що обробляють один і той же потік даних. Однак прикладів конкретних ЕОМ, які відповідають даному типу обчислювальних систем, не існує. Введення даної архітектури починається для повноти системи класифікації.

MIMD (Multiple Instruction stream / Multiple Data stream) - множинний потоком команд і множинним потоком даних. У обчислювальної системі є декілька пристроїв обробки команд, об'єднаних у комплекс, що працюють кожне зі своїм потоком команд і даних. До подібного класу систем відноситься більшість паралельних багатопроцесорних обчислювальних систем.

3. Навести основні архітектури високопродуктивних систем опрацювання даних.

Характеристика симетричного багатопроцесорного вузла (SMP):

• вузол містить два або більше однакових рівноправно використовуваних процесорів;

• всі процесори мають однаковий доступ до обчислювальних ресурсів вузла;

• Операційна система майже автоматично масштабує додатки, даючи їм можливість використовувати нарощувані ресурси;

• Додатки не міняються при додаванні процесорів і стежать за тим, на яких процесорах вони працюють;

• Переносимість програм - одне з основних достоїнств SMP-платформ.

• Простота і універсальність для програмування;

• Для SMP-систем існують порівняно ефективні засоби автоматичного розпаралелювання;

• Легкість в експлуатації;

• Відносно невисока ціна.

• Масивно-паралельні системи (МРР)

• Вузли в архітектурі MPP складаються з одного ЦПУ, невеликої пам'яті і декількох пристроїв введення-виведення;

• У кожному вузлі працює своя копія OC;

• Вузли об'єднуються між собою спеціалізованим швидким з'єднанням;

• Взаємозв'язки між вузлами не вимагають апаратної підтримуваної когерентності;

• Когерентність реалізується програмними засобами, з використанням техніки передачі повідомлень.

• Затримки, властиві програмній підтримці когерентності в тисячі разів більші, однак реалізація – дешевша;

• В МРР-вузлах затримкою доводиться жертвувати, щоб під'єднати більшу кількість процесорів - тисячі вузлів;

• Під'єднати велику кількість процесорів дуже просто.

• Головною перевагою систем з роздільною пам'яттю є хороша масштабованість: на відміну від SMP-систем в машинах з роздільною пам'яттю кожен процесор має доступ тільки до своєї локальної пам'яті, у зв'язку з чим не виникає необхідності в потактовой синхронізації процесорів.

Схема архітектури МРР з розподіленою пам'яттю

Системи з неоднорідним доступом до пам'яті (NUMA)

• Система складається з однорідних базових модулів, що включають декілька процесорів і блок пам'яті.

• Модулі об'єднані за допомогою високошвидкісного комутатора.

• Підтримується єдиний адресний простір та апаратний доступ до віддаленої пам'яті інших модулів.

• Доступ до локальної пам'яті у декілька разів швидший, ніж до віддаленої.

• Існують архітектури системи з апаратною когерентністю кешів у всій системі (cc-NUMA).

• Зазвичай вся система працює під управлінням єдиної ОС, як в SMP. Але можливі варіанти динамічного "підрозділу" системи, коли окремі "розділи" системи працюють під управлінням різних ОС.

• Паралельно-векторні системи (PVP)

• Основною ознакою PVP-систем є наявність спеціальних векторно-конвейєрних процесорів, в яких передбачені команди однотипної обробки векторів незалежних даних;

• Векторно-конвейєрні процесори можуть об'єднуватися в системи з використанням загальної або розподіленої пам'яті;

• Декілька процесорів працюють одночасно над загальною пам'яттю (аналогічно SMP) і декілька вузлів можуть бути об'єднані за допомогою комутатора (аналогічно MPP);

• Ефективне програмування - векторизація циклів (для досягнення розумної продуктивності одного процесора) і їх розпаралелювання (для одночасного завантаження декількох процесорів одним додатком).