Найбільш відомою класифікацією архітектур
обчислювальних систем є класифікація М. Фліна, запропонована в 1966 році.
Класифікація базується на понятті потоку - послідовність команд або даних,
обробляється процесором. На основі числа потоків команд і потоків даних,
Флінн виділяє чотири класи архітектур: SISD, SIMD, MISD, MIMD.
SISD (Single Instruction Single Data)
– єдиний потік команд і єдиний потік даних. До цього класу належать,
насамперед, класичні послідовні машини, або інакше, машини Фон-Неймановського
типу. У таких машинах є тільки один потік команд, всі команди обробляються послідовно
один за одним і кожна команда ініціює одну операцію з одним потоком даних.
Тип архітектури SISD – «один
потік команд – один потік даних», умовно зображено на рисунку 1.1.
Рисунок 1.1 – Комп’ютерна система типу SISD
В ЕОМ класичної архітектури ведеться послідовна
обробка команд і даних. Команди розташовуються одна за іншою, за винятком
крапок розгалуження програми, і для них в оперативно-запам’ятовуючий пристрій
(ОЗП) або регістрів так само послідовно находять операнди.
SIMD (Single Instruction Multiple Data)
– єдиний потік команд і множинний потік даних. Представниками є матричні
комп’ютери, у яких усі процесорні елементи виконують ту саму програму,
застосовувану до своїх, різним для кожного процесорного елементу, локальним
даним. До цього класу відносять і векторно-конвеєрні комп’ютери, якщо кожний
елемент вектора розглядати як окремий елемент потоку даних.
Тип архітектури SIMD – «один
потік команд – багато потоків даних», умовно зображено на рисунку 1.2.
ПЕ – процесорний елемент
Рисунок 1.2 – Комп’ютерна система типу SIMD
У комп’ютерних системах даного типу , однією
командою обробляється набір даних, множина даних, вектор, і виробляється безліч
результатів. Це векторні і матричні системи, у яких по одній команді
виконується одна й та сама операція над усіма елементами масиву – вектора або
матриці, розподіленими між процесорними елементами або процесорами.
MISD (Multiple Instruction Single Date) –
множинний потік команд і одиночний потік даних. Визначення має на увазі
наявність в архітектурі багатьох процесорів, що обробляють один і той же потік
даних. Проте ні Флінн, ні інші фахівці в галузі архітектури комп'ютерів до
цього часу не змогли представити переконливий приклад реально існуючої
обчислювальної системи, побудованої на даному принципі.
До типу MISD – «багато потоків
команд – один потік даних» відносять векторний конвеєр, звичайно в складі
обчислювальної системи, щоб підкреслити основний використовуваний принцип
обчислень.
Рисунок 1.3 – Комп’ютерна система типу MISD
ПУ – пристрій управління
На векторному конвеєрі виробляється послідовна
обробка одного потоку даних багатьма обробними пристроями, станціями конвеєра.
Принцип роботи показано на рисунку 1.3.
MIMD (Multiple Instruction Multiple Date)
– множинний потік команд і множинний потік даних. Цей клас припускає, що в
обчислювальній системі є кілька пристроїв обробки команд, об'єднаних в єдиний
комплекс і працюючих кожне зі своїм потоком команд і даних. До цього класу
належать практично усі сучасні багатопроцесорні системи.
Рисунок 1.4 – Комп’ютерна система типу MIMD
До підкатегорій машин MIMD потрапляють мультипроцесори та мультикомп’ютери,
які на відміну від перших не мають пам'яті спільного
використання на архітектурному рівні.
Іншими словами, операційна
система в процесорі мультикомп’ютера не може отримати доступ до пам'яті, що
відноситься до іншого процесору, просто шляхом виконання команди LOAD.
Йому
доводиться відправляти повідомлення і чекати відповіді. Саме здатність
операційної системи зчитувати слово з віддаленого модуля пам'яті за допомогою
команди LOAD відрізняє мультипроцесори від мультикомп’ютерів.
Мультикомп’ютерна КС містить декілька ЕОМ, кожна з
яких має свою оперативну пам’ять (ОП) і працює під управлінням своєї
операційної системи, а також є засобом обміну даних між машинами. Комп'ютери
можуть знаходитися поряд один з одним або бути віддаленими, іноді навіть на
значну відстань (наприклад, обчислювальні мережі). Реалізація обміну
інформацією відбувається шляхом взаємодії операційних систем машин між собою.
Це погіршує динамічні характеристики процесів міжмашинного обміну даними.
Мультикомп’ютерні КС використовуються для підвищення
продуктивності, надійності і достовірності обчислень.
Коментарі
Дописати коментар