Классификация архитектуры вс с параллельной обработкой данных

В 1966 г. М.Флиннпредложил такой подход к классификации архитектур ВС. В основу было положено понятие потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. Соответствующая система классификации основана на рассмотрении числа потоков команд и потоков данных и описывает 4 базовых класса.

Поток данных	Поток команд
	одиночный	множественный
одиночный	SISD – Single Instruction stream/Single Data stream (Одиночный поток команд и Одиночный поток данных)	MISD - Multiple Instruction stream/Single Data stream (Множественный поток команд и Одиночный поток данных)
множественный	SIMD-SingleInstructionstream/MultipleDatastream(Одиночный поток команд и Множественный поток данных)	MIMD-MultipleInstructionstream/MultipleDatastream(Множественный поток команд и Множественный поток данных)

Архитектура SISDохватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т.е. системы с одним вычислителем. Все ЭВМ с классической структурой попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путём совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой внешних устройств и процессора. Такая архитектура довольно хорошо изучена.

Результаты

MISD

SISD

MIMD

SIMD

Архитектура SIМD предполагает создание структур векторной и матричной обработки. Системы этого типа обычно строятся как однородные, т.е. входящие в неё процессорные элементы идентичны и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Но каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему подходят задачи обработки матриц и векторов, задачи решения линейных, нелинейных, дифференциальных уравнений и т.д. В таких структурах связи процессоров напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседним. По такой схеме построены суперсистемы:ILLIAC–IV,Cyber-205?Gray-I,II,III.

Архитектура МISD предполагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. В современных ЭВМ по такому принципу реализована схема совмещения операций, в которой параллельно работают различные функциональные блоки, и каждый из них делает свою часть работы в общем цикле обработки команды. В ВС этого типа конвейеры должны образовывать группы процессоров. Но при переходе на системный уровень очень трудно выявить такой регулярный характер в универсальных вычислениях. На практике трудно обеспечить большую длину такого конвейера, при которой достигается наибольший эффект. Но такая конвейерная схема нашла применение в скалярных процессорах для СуперЭВМ, где они применяются как спецпроцессоры для поддержки векторной обработки.

Архитектура МIМD предполагает, что все процессоры работают по своим программам с собственным потоком команд. В простейшем случае они м.б. автономны и независимы. Такая схема использования ВС часто применяется на многих крупных ВЦ для увеличения пропускной способности центра.

Другие подходы к классификации ВС

Наличие большого разнообразия систем с архитектурой МIМDделает классификацию Флинна не вполне адекватной. Поэтому разрабатывались и другие подходы к классификации.

Классификация Джонсона: предлагается проводить классификацию МIМD-архитектур на основе структуры памяти и реализации механизма взаимодействия и синхронизации между процессорами.

Классификация Базу: любая параллельная ВС может быть однозначно описана последовательностью решений , принятых при её проектировании, а сам процесс проектирования представить в виде дерева. Корень дерева – это ВС, а последующие уровни формируют описание системы, определяя метод реализации алгоритма, параллелизм исполнения команд и способ управления.

Классификация Дункана: из класса параллельных ВС надо исключить ЭВМ, в которых параллелизм заложен лишь на самом низком уровне, включая:

• Конвейеризацию на этапе подготовки и выполнения команд, т.е. частичное перкрытие таких этапов, как дешифрация команды, вычисление адресов операндов и т.д.

• Наличие в архитектуре нескольких независимых функциональных устройств, например, позволяющих параллельно выполнять арифметические и логические операции

• Наличие отдельных процессоров ввода-вывода.

Причина исключения объясняется тем, что если рассматривать компьютеры, реализующие параллелизм только на самом низком уровне, наряду с остальными, то тогда практически все существующие системы можно рассматривать как параллельные.

Дункан определяет параллельную архитектуру как такой способ организации ВС, при котором допускается, чтобы множество процессоров могло работать одновременно, взаимодействуя по мере надобности друг с другом.

Синхронные	Векторные	Матричные
	SIMD
	Систолические	С ассоциативной памятью
MIMD	С распределённой памятью
	С общей памятью
ЭВМ, использующие идею MIMD	MIMD/ SIMD
	Dadaflow
	Reduction
	Wavefront