Классификация архитектуры вычислительных систем с параллельной обработкой данных (Флин).

Цели классификации: 1) облегчить понимание того, что достигнуто на сегодняшний день в области архитектуры вычислительных систем, и какие архитектуры имеют лучшие перспективы в будущем.

1. показывать новые пути организации архитектур

2. показывать, за счет каких структурных особенностей достигается увеличение производительности различных вычислительных систем.

Одной из первых классификаций была классификация, предложенная в 1966 г. Флином. При этом за основу бралось понятие потока – как последовательности команд или данных. Такая классификация описывает четыре базовых класса в зависимости от количества потоков команды потоков данных.

1) SISD – один поток команд, один поток данных – все одномашинные и однопроцессорные системы. Здесь параллелизм обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а так же параллельной работой устройств ввода-вывода и процессора.

2) SIMD – один поток команд, много потоков данных предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Обычно процессоры таких систем идентичны и управляются одной и той же последовательностью команд, но каждый из них обрабатывает свой поток данных. В структурах данной архитектуры желательно обеспечить соединение процессоров, соответствующее реализуемым математическим зависимостям. Узким местом таких систем является необходимость перекомутации процессора в случае изменения зависимости. Элементы технологии SIMD реализованы в процессорах Intel, начиная с Pentium MMX.

3) MISD – много потоков команд, один поток данных – предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. В современных ЭВМ по этому принципу организована схема совмещения операций, в которой параллельно работают различные функциональные блоки и каждый из них делает свою часть в общем цикле обработки команды. На практике сложно создать достаточно «длинный» конвейер. Однако такая схема нашла применение в так называемых скалярных процессорах суперЭВМ, в которых они применяются как специальные процессоры для поддержания векторной обработки.

4) MIMD – много потоков команд, много потоков данных подразумевает, что все процессоры работают со своим потоком команд и своим потоком данных. Подобные системы могут быть как многомашинными, так и многопроцессорными.

Е. Джонсон предложил проводить классификацию MIMDархитектуры на основе структуры памяти и реализации механизма взаимодействия и синхронизации между процессорами. По структуре оперативной памяти ВС делятся на две большие группы: системы с общей памятью, прямо адресуемой всеми процессорами, либо это системы с распределенной памятью, каждая часть которой доступна только одному процессору.

Основываясь на этом делении, Джонсон вводит следующее наименование для некоторых классов.

1. ВС, использующие общую разделяемую память для межпроцессорного взаимодействия и синхронизации. Он называется системами с разделяемой памятью.

2. Системы, в которых память распределена по процессорам, а для взаимодействия и синхронизации используется механизм передачи сообщений, называется архитектурой с передачей сообщений.

3. Системы с распределенной памятью называются гибридными архитектурами.

Д.З. Дополнительно прочитать и изучить Главу 8 из учебников: