6. Классификация вычислительных систем, таксономия Флинна

Классификации вычислительных систем:

По принципу действия:

• ЦВМ (ЦВС)

• АВМ (АВС) – решение математических задач с помощью физического моделирования. На сегодняшний день они практически исчезли, однако остались их алгоритмы, которые успешно используются для решения эмуляций на ЦВМ.

• Гибридные ВС. Как правило это комплексы полунатурного моделирования (часть цифровая и часть аналоговая).

По назначению:

• Универсальные ВС

• Проблемно-ориентированные. Узкий круг задач (техника медицинской диагностики).

• Специализированные. Одна задача.

По функциям:

• Сервер. (Web-сервер, сервер баз данных, мультимедиа сервер и т. д.)

• Рабочая станция. Компьютер для одного пользователя.

• Встроенная ВС (embedded)

Классификация Флинна:

Способ организации параллельных вычислений (таксономия Флинна). Флинн рассматривал поток данных, подлежащих обработке D (Data Stream). Instructions Stream – поток команд. Флинн ввёл деление по числу одновременно выполняемых операций:

• Single (S)

• Multiply (M)

D\I	S	M
S	SISD – является традиционным и самым простым и тривиальным, в котором не задействована параллельная обработка.	MISD – используется крайне редко.
M	SIMD – Векторные операции. Наиболее актуальный сейчас.	MIMD – матричная параллелизация. Это матричные параллельные ВС. Реализуются в суперкомпьютерах и до сих пор находятся на стадии тестирования.

(

Большое разнообразие вычислительных систем породило естественное желание ввести для них какую-то классификацию. Эта классификация должна однозначно относить ту или иную вычислительную систему к некоторому классу, который, в свою очередь, должен достаточно полно ее характеризовать. Таких попыток предпринималось множество. Одна из первых классификаций, ссылки на которую наиболее часто встречаются в литературе, была предложена М. Флинном в конце 60-х годов прошлого века. Она базируется на понятиях двух потоков: команд и данных. На основе числа этих потоков выделяется четыре класса архитектур:

• SISD (Single Instruction Single Data) - единственный поток команд и единственный поток данных. По сути дела это классическая машина фон Неймана. К этому классу относятся все однопроцессорные системы.

• SIMD (Single Instruction Multiple Data) - единственный поток команд и множественный поток данных. Типичными представителями являются матричные компьютеры, в которых все процессорные элементы выполняют одну и ту же программу, применяемую к своим (различным для каждого ПЭ) локальным данным. Некоторые авторы к этому классу относят и векторно-конвейерные компьютеры, если каждый элемент вектора рассматривать как отдельный элемент потока данных.

• MISD (Multiple Instruction Single Date) - множественный поток команд и единственный поток данных. М. Флинн не смог привести ни одного примера реально существующей системы, работающей на этом принципе. Некоторые авторы в качестве представителей такой архитектуры называют векторно-конвейерные компьютеры, однако такая точка зрения не получила широкой поддержки.

• MIMD (Multiple Instruction Multiple Date) - множественный поток команд и множественный поток данных. К этому классу относятся практически все современные многопроцессорные системы.

Поскольку в этой классификации все современные многопроцессорные системы принадлежат одному классу, то вряд ли эта классификация представляет сегодня какую-либо практическую ценность. Тем не менее, мы привели ее потому, что используемые в ней термины достаточно часто упоминаются в литературе по параллельным вычислениям.

Таксономия Флинна

Классификация по Флинну
	Одиночный поток команд (Single Instruction)	Множество потоков команд (Multiple Instruction)
Одиночный поток данных (Single Data)	SISD(ОКОД)	MISD(МКОД)
Множество потоков данных (Multiple Data)	SIMD(ОКМД)	MIMD(МКМД)

Таксономия (Классификация) Флинна  — общая классификация архитектур ЭВМпо признакам наличияпараллелизмав потоках команд и данных. Была предложена вМайклом Флинномв 1966 году

Описание

Всё разнообразие архитектур ЭВМ в этой таксономииФлинна сводится к четырём классам:

• ОКОД — Вычислительная система с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных (SISD,Single Instruction stream over a Single Data stream).

• ОКМД — Вычислительная система с одиночным потоком команд и множественным потоком данных (SIMD,Single Instruction, Multiple Data).

• МКОД — Вычислительная система со множественным потоком команд и одиночным потоком данных (MISD,Multiple Instruction Single Data).

• МКМД — Вычислительная система со множественным потоком команд и множественным потоком данных (MIMD,Multiple Instruction Multiple Data).

Так как в таксономии в качестве основного критерия используется параллелизм, то таксономия Флинна наиболее часто упоминается в технической литературе^{[5][6][7][4][8]} при классификации параллельных вычислительных систем. Поскольку SISD-машина параллельной машиной не является, а MISD-машины пока ещё не созданы (и их создание не предвидится), всепараллельные вычислительные системыпопадают в класс либо SIMD, либо в MIMD.

С развитием технологий классы SIMD и MIMD стали охватывать слишком большой круг машин, кардинально отличных друг от друга. В связи с этим в технической литературе используется дополнительный критерий — способ работы с памятью с точки зрения программиста. По этому критерию системы делятся на «системы с общей памятью» (англ.shared memory, SM) и «системы с распределенной памятью» (англ.distributed memory, DM). Соответственно, каждый класс — SIMD и MIMD — делится на под-классы: SM-SIMD/DM-SIMD и SM-MIMD/DM-MIMD.

Следует обратить особое внимание на уточнение «с точки зрения программиста». Дело в том, что существуют вычислительные системы, где память физически распределена по узлам системы, но для всех процессоров системы она вся видна как общее единое глобальное адресное пространство.

)