Лекция 2 Архитектура вычислительных систем Архитектура многопроцессорных

Лекция 2 Архитектура вычислительных систем

Архитектура многопроцессорных вычислительных систем Архитектурные решения должны быть направлены на повышение производительности: • работа с векторными операциями; • организация быстрого обмена сообщениями между процессорами или организация глобальной памяти в многопроцессорных системах.

Архитектура высокопроизводительной системы Под архитектурой можно понимать: • способ параллельной обработки данных, используемый в системе; • организацию памяти; • топологию связи между процессорами; • способ исполнения системой арифметических операций.

Классификация архитектур вычислительных систем С 1960 -х годов по сей день. В 1966 г. М. Флинн (Flynn) предложил подход к классификации архитектур ВС, в основу которой было положено понятие «поток» . Поток – это последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемых процессором.

Классификация Флинна Основана на рассмотрении числа потоков инструкций и потоков данных. SISD = Single Instruction Single Data MISD = Multiple Instruction Single Data SIMD = Single Instruction Multiple Data MIMD = Multiple Instruction Multiple Data

SISD single instruction stream / single data stream одиночный поток команд и одиночный поток данных К этому классу относятся последовательные компьютерные системы, которые имеют один центральный процессор, способный обрабатывать один поток последовательно исполняемых инструкций.

SISD В настоящее время практически все высокопроизводительные системы имеют более одного центрального процессора, однако каждый из них выполняет несвязанные потоки инструкций, что делаеттакие системы комплексами SISDсистем, действующих на различных пространствах данных. Примеры: Compaq, Hewlett-Packard, Sun Microsystems.

MISD Multiple instruction stream/single data stream Множественный поток команд и одиночный поток данных До сих пор ни одной реальной машины этого класса создано не было. Аналог – работа банка данных на многотерминальном вычислительном комплексе. База данных одна, а команд много (множественный поток команд и одиночный поток данных).

SIMD Single instruction/multiple data stream одиночный поток команд и множественный поток данных Эти системы имеют обычно большое количество процессоров, от 1024 до 16384, которые могут выполнять одну и ту же инструкцию относительно разных данных в жёстком формате. Единственная инструкция параллельно выполняется над многими элементами данных. Примеры: CPP DAP, Gamma II, Quadrics Apemille.

SIMD Другим подклассом SIMD-систем являются векторные компьютеры. В их состав входят специально сконструированные векторные центральные процессоры. Результаты обработки целого вектора могут быть выданы на один, два или три такта частотогенератора (такт частотогенератора является основным временным параметром системы). Векторные процессоры обрабатывают данные практически параллельно, что делает их в несколько раз быстрее. Пример: Hitachi S 3600.

MIMD multiple instruction stream/multiple data stream множественный поток команд и множественный поток данных Эти машины параллельно выполняют несколько потоков инструкций над различными потоками данных.

MIMD В отличие от SISD-машин команды и данные связаны, потому что они представляют различные части одной и той же задачи. Например, MIMD-системы могут параллельно выполнять множество подзадач с целью сокращения времени выполнения основной задачи. Примеры: четырёхпроцессорный SX-5 компании NEC; тысячепроцессорный Cray T 3 E. ? нужна другая классификация

Другой подход к классификации Будем считать, что множественный поток команд может быть обработан двумя способами: 1)одним конвейерным устройством обработки, работающем в режиме разделения времени для отдельных потоков (конвейерные или векторные MIMD-компьютеры) 2)каждый поток обрабатывается своим собственным устройством (параллельные компьютеры).

Векторные компьютеры В основе лежит концепция конвейеризации, т. е. явного сегментирования арифметического устройства на отдельные части, каждая из которых выполняет свою подзадачу для пары операндов.

Параллельные компьютеры В основе лежит идея использования для решения одной задачи нескольких процессоров, работающих сообща, причём процессоры могут быть как скалярными, так и векторными.

Выводы Классификация архитектур вычислительных систем нужна для того, чтобы понять особенности работы той или иной архитектуры, но она не является достаточно детальной, чтобы на неё можно было опираться при создании МВС, поэтому следует вводить более детальную классификацию, которая связана с различными архитектурами ЭВМ и с используемым оборудованием.