47. Классификация систем параллельной обработки данных (классификация Флинна).

Самой ранней и наиболее известной является классификация архитектур вычислительных систем, предложенная в 1966 году М.Флинном [1,2]. Классификация базируется на понятии потока, под которым понимается последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая процессором. На основе числа потоков команд и потоков данных Флинн выделяет четыре класса архитектур: SISD,MISD,SIMD,MIMD.

SISD (single instruction stream / single data stream) - одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные машины, или иначе, машины фон-неймановского типа, например, PDP-11. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных. Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка.

SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными - элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производится либо процессорной матрицей, либо с помощью конвейера.

MISD (multiple instruction stream / single data stream) - множественный поток команд и одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же поток данных. Однако ни Флинн, ни другие специалисты в области архитектуры компьютеров до сих пор не смогли представить убедительный пример реально существующей вычислительной системы, построенной на данном принципе.

MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) - множественный поток команд и множественный поток данных. Этот класс предполагает, что в вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс и работающих каждое со своим потоком команд и данных.

48. Особенности отображения в/в на память и на в/в.

В трехшинной структуре ВМ средства в/в отделены от памяти. В одношинной структуре входные и выходные порты используют­ся как ячейки памяти, т.е. ассоциируются с адресами памяти. По­этому считывание и запись в входные и выходные порты соответ­ственно производится аналогично обращению к элементам памяти. Отдельные адреса памяти выделяются для идентификации портов. Такая структура организации системы обладает рядом достоинств. Сокращается число управляющих линий в шине управления, т.к. отпадает необходимость в сигналах идентификации. Вследствие того, что все обращения для обмена данными с ВУ рассматривают­ся и реализуются как обращения к памяти, можно исключить или сократить управляющие сигналы для управления ВУ. Недостаток заключается в том, что постоянно распределенные адреса адресного пространства, закрепленные за портами, сокращают за счет это­го области памяти, которые могут использоваться иным образом. Такая структура организации в/в использует архитектуру одной общей шины, а способ идентификации устройств ввода-вывода получил наименование отображение ввода-вывода на память.

Альтернативным подходом является способ, получивший назва­ние отображение ввода-вывода на ввод-вывод, при котором ис­пользуются отдельные шины для обращения к памяти и устройст­вам в/в. Такая архитектура свойственна трехшинной структуре. Шина управления становится сложнее, а система команд преду­сматривает специальные коды команд в/в. Достоинство подобного подхода заключается в полном разделении адресных пространств системной памяти и портов ВВ.