С. Н. Ан
 Скачать 217.92 Kb.
|
|
SISD (Single Instruction Stream - Single Data Stream) - один поток команд и один поток данных; 2. SIMD (Single Instruction Stream - Multiple Data Stream) - один поток команд и множество потоков данных; 3. MISD (Multiple Instruction Stream - Single Data Stream) - множество потоков команд и один поток данных; 4. MIMD (Multiple Instruction Stream - Multiple Data Stream) - множество потоков команд и множество потоков данных. Рассмотрим эту классификацию более подробно. SISD компьютеры SISD компьютеры это обычные, "традиционные" последовательные компьютеры, в которых в каждый момент времени выполняется лишь одна операция над одним элементом данных (числовым или каким-либо другим значением). Большинство современных персональных ЭВМ, например, попадает именно в эту категорию. Иногда сюда относят и некоторые типы векторных компьютеров, это зависит от того, что понимать под потоком данных, но обсуждать эти детали здесь мы не будем. SIMD компьютеры SIMD компьютеры состоят из одного командного процессора (управляющего модуля), называемого контроллером, и нескольких модулей обработки данных, называемых процессорными элементами. Управляющий модуль принимает, анализирует и выполняет команды. Если в команде встречаются данные, контроллер рассылает на все процессорные элементы команду, и эта команда выполняется на нескольких или на всех процессорных элементах. Каждый процессорный элемент имеет свою собственную память для хранения данных. Одним из преимуществ данной архитектуры считается то, что в этом случае более эффективно реализована логика вычислений. До половины логических инструкций обычного процессора связано с управлением выполнением машинных команд, а остальная их часть относится к работе с внутренней памятью процессора и выполнению арифметических операций. В SIMD компьютере управление выполняется контроллером, а "арифметика" отдана процессорным элементам. Векторные компьютеры представляют собой пример архитектуры SIMD. MISD компьютеры Вычислительных машин такого класса практически нет и трудно привести пример их успешной реализации. Один из немногих - систолический массив процессоров, в котором процессоры находятся в узлах регулярной решетки, роль ребер которой играют межпроцессорные соединения. Все процессорные элементы управляются общим тактовым генератором. В каждом цикле работы каждый процессорный элемент получает данные от своих соседей, выполняет одну команду и передает результат соседям. MIMD компьютеры Эта категория архитектур вычислительных машин наиболее богата, если иметь в виду примеры ее успешных реализаций. В нее попадают симметричные параллельные вычислительные системы, рабочие станции с несколькими процессорами, кластеры рабочих станций и т.д. Уже довольно давно появились компьютеры с несколькими независимыми процессорами, но вначале на таких компьютерах был реализован только параллелизм заданий, то есть на разных процессорах одновременно выполнялись разные и независимые программы. Разработке первых компьютеров для параллельных вычислений были посвящены проекты под условным названием CM* и C.MMP в университете Карнеги (США). Технической базой для этих проектов были процессоры DEC PDP-11. В начале 90-х годов именно MIMD компьютеры выходят в лидеры на рынке высокопроизводительных вычислительных систем. Такой тип машин отличается не только производительностью, но и более высокой надежностью. Действительно, при отказе одного процессора вся систем остается работоспособной (правда с более низкой производительностью). Однако при такой организации возникают проблемы организации управления при решении одной задачи. 2. Основные концепции архитектуры высокопроизводительных вычислительных систем. Архитектура традиционных последовательных компьютеров основана на идеях Джона фон Неймана и включает в себя центральный процессор, оперативную память - адресное пространство с линейной адресацией и блок управления. Последовательность команд применяется к последовательности данных. Быстродействие такого традиционного компьютера определяется быстродействием его центрального процессора и временем доступа к оперативной памяти. Быстродействие центрального процессора может быть увеличено за счет увеличения тактовой частоты, величина которой зависит от плотности элементов в интегральной схеме, способа их "упаковки" и быстродействия микросхем оперативной памяти. Другие методы повышения быстродействия последовательного компьютера основаны на расширении традиционной неймановской архитектуры, а именно: – примененииRISCпроцессоров,тоестьпроцессоровссокращеннымнаборомкоманд. ВRISCпроцессорахбольшаячастькомандвыполняетсяза1-2такта; – применении суперскалярныхпроцессоров; – применении конвейеров. В высокопроизводительных вычислительных системах используются как традиционные элементы архитектуры, так и ее расширения, а также новые элементы, такие, например, как векторные процессоры и т.д. В этом разделе мы рассмотрим такие важнейшие концепции организации высокопроизводительных вычислительных систем, как векторная обработка данных, конвейеры, методы и типы межпроцессорных коммуникаций, организация оперативной памяти. |