Классификация многопроцессорных систем
Классификация по Флинну:
Майкл Флинн предложил в 1966 году следующую классификацию вычислительных систем, основанную на количестве потоков входных данных и количестве потоков команд, которые эти данные обрабатывают:
· SISD (Single Instruction Single Data): это обычные последовательные компьютеры. Программа принимает один поток данных и выполняет один поток инструкций по обработке этих данных. Иными словами, инструкции выполняются последовательно, и каждая инструкция оперирует минимальным количеством данных (например, сложение двух чисел).
· MISD (Multiple Instruction Single Data): разные потоки инструкций выполняются с одними и теми же данными. Обычно такие системы не приводят к ускорению вычислений, так как разные инструкции оперируют одними и теми же данными, в результате на выходе системы получается один поток данных. К таким системам относят различные системы дублирования и защиты от сбоев, когда, например, несколько процессоров дублируют вычисления друг друга для надёжности.
· SIMD (Single Instruction Multiple Data): один поток инструкций выполняет вычисления одновременно с разными данными. Например, выполняется сложение одновременно восьми пар чисел. Такие компьютеры называются векторными, так как подобные операции выполняются аналогично операциям с векторами (когда, например, сложение двух векторов означает одновременное сложение всех их компонентов).
· MIMD (Multiple Instruction Multiple Data): разные потоки инструкций оперируют различными данными. Это системы наиболее общего вида, поэтому их проще всего использовать для решения различных параллельных задач.системы, в свою очередь, принято разделять (классификация Джонсона) на системы с общей памятью (несколько вычислителей имеют общую память) исистемы с распределенной памятью (каждый вычислитель имеет свою память; вычислители могут обмениваться данными). Кроме того, существуют системы с неоднородным доступом к памяти (NUMA) - в которых доступ к памяти других вычислителей существует, но он значительно медленнее, чем доступ к «своей» памяти.
|
|
|
Системы с общей памятью
Системами с общей памятью называют системы, в которых несколько процессоров имеют общую оперативную память. Чаще всего встречающиеся системы этого типа - компьютеры с многоядерными процессорами (multi-core).
Системы с распределённой памятью
Система содержит несколько процессоров, каждый имеет свою оперативную память. Для обеспечения обмена информацией процессоры соединены каналами связи. Системы с распределённой памятью, в которых каждый вычислительный узел представляет собой полноценный компьютер со своей копией операционной системы, называют кластерными.
|
|
|
Гибридные системы
Многие современные системы представляют собой иерархию описанных выше систем. Например, современные процессоры являются конвейерными процессорами, и имеют набор векторных инструкций (MMX, SSE и т.п.), позволяющих выполнять одновременные вычисления с разными данными.
Классификация Хокни:
Классификация машин MIMD-архитектуры:
· Переключаемые - с общей памятью и с распределённой памятью.
· Конвейерные.
· Сети - регулярные решётки, гиперкубы, иерархические структуры, изменяющие конфигурацию.
В класс конвейерных архитектур (по Хокни) попадают машины с одним конвейерным устройством обработки, работающим в режиме разделения времени для отдельных потоков. Машины, в которых каждый поток обрабатывается своим собственным устройством Хокни назвал переключаемыми. В класс переключаемых машин попадают машины, в которых возможна связь каждого процессора с каждым, реализуемая с помощью переключателей - машины с распределённой памятью. Если же память есть разделяемый ресурс, машина называется с общей памятью. При рассмотрении машин с сетевой структурой Хокни считал, что все они имеют распределённую память. Дальнейшую классификацию он проводил в соответствии с топологией сети.
|
|
|
Классификация Фенга
В 1972 году Фенг (T. Feng) предложил классифицировать вычислительные системы на основе двух простых характеристик. Первая - число n бит в машинном слове, обрабатываемых параллельно при выполнении машинных инструкций. Практически во всех современных компьютерах это число совпадает с длиной машинного слова. Вторая характеристика равна числу слов m, обрабатываемых одновременно данной ВС. Немного изменив терминологию, функционирование ВС можно представить как параллельную обработку n битовых слоёв, на каждом из которых независимо преобразуются m бит. Каждую вычислительную систему можно описать парой чисел (n, m). Произведение P = n * m определяет интегральную характеристику потенциала параллельности архитектуры, которую Фенг назвал максимальной степенью параллелизма ВС.
Классификация Хэндлера
В основу классификации В. Хендлер закладывает явное описание возможностей параллельной и конвейерной обработки информации вычислительной системой. Предложенная классификация базируется на различии между тремя уровнями обработки данных в процессе выполнения программ:
· уровень выполнения программы - опираясь на счетчик команд и некоторые другие регистры, устройство управления (УУ) пр
|
|
|
· уровень битовой обработки - все элементарные логические схемы процессора (ЭЛС) разбиваются на группы, необходимые для выполнения операций над одним двоичным разрядом.
Подобная схема выделения уровней предполагает, что вычислительная система включает какое-то число процессоров каждый со своим устройством управления. Если на какое-то время не рассматривать возможность конвейеризации, то число устройств управления k, число арифметико-логических устройств d в каждом устройстве управления и число элементарных логических схем w в каждом АЛУ составят тройку для описания данной вычислительной системы
: (k, d, w)
где k - число УУ,- число АЛУ в каждом УУ,- число разрядов в слове, обрабатываемых в АЛУ параллельно.
Классификация Скилликорна
Классификация Скилликорна (1989) была очередным расширением классификации Флинна. Архитектура любого компьютера в классификации Скилликорна рассматривается в виде комбинации четырёх абстрактных компонентов: процессоров команд (Instruction Processor - интерпретатор команд, может отсутствовать в системе), процессоров данных (Data Processor - преобразователь данных), иерархии памяти (Instruction Memory, Data Memory - память программ и данных), переключателей (связывающих процессоры и память). Переключатели бывают четырёх типов - «1-1» (связывают пару устройств), «n-n» (связывает каждое устройство из одного множества устройств с соответствующим ему устройством из другого множества, то есть фиксирует попарную связь), «n x n» (связь любого устройства одного множества с любым устройством другого множества). Классификация Скилликорна основывается на следующих восьми характеристиках:
· Количество процессоров команд IP
· Число ЗУ команд IM
· Тип переключателя между IP и IM
· Количество процессоров данных DP
· Число ЗУ данных DM
· Тип переключателя между DP и DM
· Тип переключателя между IP и DP
· Тип переключателя между DP и DP
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 70; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!