Классификация ВС по организации структуры.

Основные признаки классификации, характеризующие организацию структуры с точки зрения параллельной работы, следующие:

1. тип потока команд;

2. тип потока данных;

3. способ обработки данных в центральных устройствах обработки;

4. степень связанности компонент системы;

5. степень однородности ВС;

6. Тип внутренних связей ВС.

Эти шесть признаков определяют одну из схем классификации.

Специалистом в области ВС Флинном введена следующая классификация:

1. SISD (single instruction single data). Один поток команд управляет одним потоком данных (ОКОД). ЭВМ фон Неймана.

2. SIMD (single instruction multiply data). Один поток команд управляет многими потоками данных (ОКМД). Такая организация характерна для матричных систем.

3. MISD (single instruction multiply data). В таких системах много потоков команд управляют одним потоком данных (МКОД). Это характерно для магистральных структур.

4. MIMD (multiply instruction multiply data). В данном случае много потоков команд управляют многими потоками данных (МКМД), что характерно для многопроцессорных и многомашинных систем, сетей ЭВМ.

Такая классификация не позволяет различать многие архитектуры, и относит их к одному классу. Если использовать эту классификацию совместно с приведенными выше признаками, можно устранить этот недостаток. Такая классификация приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1.

На рисунке 2.1 приняты следующие условные обозначения:

а) С, Р – пословная и поразрядная обработка в центральных обрабатывающих устройствах;

б) Н_с, В_с – низкая и высокая степень связанности ВС;

в) О_p, Н_p – однородная и неоднородная ВС;

г) К_н, П_м, П_р – системы со связями канал-канал через общую внешнюю память между процессорами;

д)О_ш, М_ш, П_к – связи через общую шину, множество шин, перекрестные коммутаторы.

При слабой связи (Н_с) процессоры имеют индивидуальные блоки ОП и связаны с устройством управления, но не имеют непосредственных связей между собой (через адаптер канал-канал, через внешние ЗУ (диски), непосредственных связей процессор-процессор).

При сильной связи процессоры имеют индивидуальные блоки ОП и могут быть связаны линиями с соседними процессорами или имеют общую ОП.

Множественность и число потоков определяется как максимально возможное число одновременных операций (команд) или операндов (данных), находящихся в одинаковой стадии обработки.

На рисунках 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 приведены упрощенные структурные схемы ВС типов SISD, SIMD, MKOD и MKMD, соответственно.

Рис. 2.2.Структура систем типа ОКОД (SISD)

Рисунок 2.3. Структура систем типа ОКМД (SIMD) (матричные системы).

Рисунок 2.4. Структура систем типа МКОД (MISD).

Рисунок 2.5. Структура систем типа МКМД (MIМD).

В системах ОКМД одно УУ осуществляет управление работой множества процессоров так, что каждый из них выполняет последовательно заданные команды. Скорость обработки зависит от возможности загрузки процессоров (распараллеливание). В системах МКОД процесс обработки разбивается на несколько этапов, каждому из которых соответствует процессорный модуль. При частых прерываниях линейных участков командами ветвления скорость обработки снижается.

В системах МКМД несколько УУ осуществляют управление одновременным управлением различных участков одной и той же программы. Эти системы отличаются высокой надежностью, вследствие взаимного резервирования однотипных машин и устройств, а также обладают большой гибкостью. Если распараллеливание затруднено, то можно имея несколько УУ одновременно выполнить несколько программ.

Для возможности одновременной обработки информации все параллельные ВС содержат два или более процессорных модуля, и подразделяется на три класса: ОКМД, МКМД, МКМД. Параллельная обработка информации представляет собой одновременное выполнение двух или более частей одной и той же программы двумя или более процессорными модулями.

Системы ОКМД подразделяются на системы с пословной и поразрядной обработкой (ОКМДС и ОКМДР).

К ОКМДС относятся ансамбли процессоров с векторным потоком данных и матричные системы. Ансамбли процессоров связаны слабо, матричные системы характеризуются сильной связью.

К ОКМДР относятся ассоциативные системы, оперирующие разрядными срезами.

МКОДС это магистральные системы, МКОДР – магистраль одноразрядных процессоров.

Многопроцессорной системой называется такая параллельная система типа МКМДС, которая содержит два или более сильно связанных центральных процессора, общую ОП и целиком или частично общие ПУ. Многомашинная система – это параллельная система типа МКМДС с общей внешней памятью и/или со связями через каналы ввода/вывода. В системах возможны непосредственные связи между процессорами в целях управления.