2,98 Mb.НазваниеКонспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия, Киев. 2006. с.страница12/14Дата конвертации09.09.2012Размер2,98 Mb.Тип 12 Тема 6: Многопроцессорные архитектурыТема лекции: Классификация архитектур вычислительных систем План лекции: 6.3 Классификация по М.Флинну 6.4 Другие методы классификацииКлассификация архитектуры вычислительных систем с параллельной обработкой данных Цели, которым должна служить хорошо построенная классифи]кация архитектур: облегчать понимание того, что достигнуто на сегодняшний день в области архитектур вычислительных систем, и какие архитектуры имеют лучшие перспективы в будущем; подсказывать новые пути организации архитектур речь идет о тех классах, которые в настоящее время по разным причи]нам пусты; показывать, за счет каких структурных особенностей достига]ется увеличение производительности различных вычислитель]ных систем; с этой точки зрения классификация может слу]жить моделью для анализа производительности. 6.3 Классификация М. Флинном В 1966 г. М. Флинном (Flynn) был предложен следующий под]ход к классификации архитектур вычислительных систем. В основу было положено понятие потока, под которым понимается последо]вательность элементов, команд или данных, обрабатываемая про]цессором. Соответствующая система классификации основана на рассмотрении числа потоков инструкций и потоков данных и опи]сывает четыре базовых класса (табл. 6.1, рис. 6.4 и 6.5). Коротко рассмотрим отличительные особенности каждой из ар]хитектур. Таблица 6.1. Классификация Флинна Поток данных Поток команд одиночный множественный Одиночный SISD - Single Instruction stream / Single Data stream (Одиночный поток Команд и Одиночный поток Данных - ОКОД) MISD - Multiple Instruction stream / Single Data stream (Множественный поток Команд и Одиночный поток Данных - МКОД) Множественный SIMD - Single Instruction stream / Multiple Data stream (Одиночный поток Команд и Множественный поток Данных - ОКМД) MIMD - Multiple Instruction stream / Multiple Data stream (Множественный поток Команд и Множественный поток Данных - МКМД) Рисунок 6.4- Архитектура ОКОД (SISD) (а) и архитектура МКОД (MISD) (б) Архитектура ОКОД (SISD) охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т. е. с одним вычислителем. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь паралле]лизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств ввода-вывода информации и процессора. Закономерности организации вычислительного процесса в этих структурах достаточ]но хорошо изучены. Рисунок 6.5- Архитектура МКОД (МISD) (в) и архитектура МКМД (MISD)(г) Архитектура ОКМД (SIMD) предполагает создание структур век]торной или матричной обработки. Системы этого типа обычно стро]ятся как однородные, т. е. процессорные элементы, входящие в сис]тему, идентичны, и все они управляются одной и той же последова]тельностью 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, за]дачи теории поля и др. Как правило, эти связи напоминают матрицу, в которой каждый процессорный элемент связан с соседними. По данной схеме строились системы: первая су]перЭВМ ILLIAC-1V, отечественные параллельные системы ПС-2000, ПС-3000. Структуры ВС этого типа, по существу, являются структурами специализированных суперЭВМ. Элементы технологии SIMD реализованы в процессорах Intel начиная с Pentium MMX (1997 г.). Архитектура МКОД (MISD) предполагает по]строение своеобразного процессорного конвейера, в котором ре]зультаты обработки передаются от одного процессора к другому по цепочке. Выгоды такого вида обработки понятны. Прототипом та]ких вычислений может служить схема любого производственного конвейера. Конвейерная схе]ма нашла применение в так называемых скалярных процессорах суперЭВМ, в которых они применяются как специальные процессоры для поддержки векторной обработки. Архитектура МКМД (MIMD) предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть автономны и незави]симы. Такая схема использования ВС часто применяется на многих крупных вычислительных центрах для увеличения пропускной спо]собности центра. Большой интерес представляет возможность со]гласованной работы ЭВМ (процессоров), когда каждый элемент де]лает часть общей задачи. Общая теоретическая база такого вида ра]бот практически отсутствует. Подобные системы могут быть многомашинными и многопроцессорными. Например, отече]ственный проект машины динамической архитектуры (МДА) ЕС-2704, ЕС-2727 предполагал одновременное использование сотни процессоров. 6.4 Другие подходы к классификации ВС Наличие большого разнообразия систем, образующих класс МКМД (MIMD), делает классификацию Флинна не полностью аде]кватной. Классификация Джонсона. Е. Джонсон предложил проводить классификацию MIMD-архитектур на основе структуры памяти и реализации механизма взаимодействия и синхронизации между процессорами. По структуре оперативной памяти, существующие вычислитель]ные системы делятся на две большие группы: либо это системы с общей памятью, прямо адресуемой всеми процессорами, либо это системы с распределенной памятью, каждая часть которой доступна только одному процессору. Одновременно с этим и для межпроцес]сорного взаимодействия существуют две альтернативы: через разде]ляемые (общие) переменные или с помощью механизма передачи сообщений. Исходя из таких предположений, можно получить че]тыре класса MIMD-архитектур, уточняющих систематику Флинна (табл. 6.2). Основываясь на таком делении, Джонсон вводит следующие на]именования для некоторых классов: вычислительные системы, использующие общую разделяемую память для межпроцессорного взаимодействия и синхронизации, он называет системами с разделяемой памятью, например CRAY Y-MP (по его классификации это класс 1); системы, в которых память распределена по процессорам, а для взаимодействия и синхронизации используется механизм передачи сообщений, называются архитектурами с передачей сообщений, например NCube (класс 3); системы с распределенной памятью и синхронизацией через разделяемые переменные, как в BBN Butterfly, называются
Тема - Конспект лекций часть 1 2008 перечень ссылок основная: М. Гук «Аппаратные средства ibm pc» 3-е изд., энцеклопедия,...
Комментариев нет:
Отправить комментарий