Архитектура вс. Параллелизм команд и данных
Архитектура ВС — совокупность характеристик и параметров, определяющих функционально-логическую и структурную организацию системы.
Понятие архитектуры затрагивает более общую классификацию, относящуюся к видам параллельной обработки информации. Среди различных видов классификаций выделяют следующую классификацию. Согласно её все ВС сети могут быть разбиты на 4 группы:
одиночный поток команд и данных ОКОД (SISD)
множественный поток команд, одиночный поток данных МКОД (MISD)
одиночный поток команд, множественный поток данных ОКМД (SIMD)
множественный поток команд, множественный поток данных МКМД (MIMD).
В основу данной классификации положен параллелизм обработки команд и данных, а также их сочетание.
Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одно-машинные варианты систем, т.е. с одним вычислителем, т.е. все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс.
Рис. 11.3. Архитектура ВС: а — ОКОД (818О)-архитектура;
б— ОКМД (8ШО)-архитектура; в — МКОД (М18О)-архитектура;
г — МКМД (МШО)-архитектура
Параллелизм обеспечиваемый этой структурой визуальный (кажущийся). Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств вывода-ввода информации и процессора. Процессор может обрабатывать только одну задачу, но параллельно вычислениям в процессоре могут выполняться операции ввода вывода. Сейчас эти системы относятся к классическим структурам ЭВМ.
Архитектура МКОД предлагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки предлагаются от одного процессора к другому по цепочке. В современных ЭВМ по этому принципу реализована схема совмещения операций, в которой параллельно работают различные функциональные блоки, и каждый из них делает свою часть в общем цикле обработки команды. На практике нельзя обеспечить "большую длину" конвейера, при которой достигается наивысший эффект (т.к ориентация процессоров не может быть полной).
Конвейерная схема нашла применение в скалярных процессорах Супер ЭВМ, в которых они применяются как специальные процессоры для поддержки векторной обработки. ПО типу конвейра работают сети, реализующие архитектуру клиент-сервер.
Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или матричной обработки.
Системы этого типа строятся как однородные, т.е. процессорные элементы, входящие в систему, идентичны и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем, линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений.
Все современные супер ЭВМ комбинируют векторную и конвейерную обработку и отличаются только видами этих комбинаций.
Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд.
В простейшем случае они могут быть автономны и независимы.
Большой интерес представляет возможность согласованной работы ЭВМ (процессоров), когда каждый элемент делает часть общей задачи. Существуют разработки, которые позволяют объединять в рамках системы тысячи микропроцессоров.
Успехи микроэлектроники позволяют здесь каждому вычислителю дать собственную оперативную память и обеспечивать произвольные связи вычислений друг с другом в ходе вычислительного процесса.