3 Классификация параллельных вычислительных систем

1). По количеству потоков команд и данных в системе:

• одиночный и множественный поток команд;

• одиночный или множественный поток данных.

• ОКОД (SISD) – одни команды, одни данные;

• МКОД (MISD) – много команд, одни данные;

• ОКМД (SIMD) – одна команда, много данных;

• МКМД (MIMD) – много команд, много данных.

Таким образом, вычислительный процесс может быть представлен как воздействие одиночного или множественного потока команд на одиночный или множественный поток данных.

3.1 Система окод (sisd)

Графическая реализация системы ОКОД (SISD) представлена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Графическая реализация системы ОКОД (SISD)

Вычислительная система имеет один поток команд, каждая команда инициирует выполнение одной операции с одним потоком данных. Параллелизм возможен при одновременном функционировании ЦП и ВУ (мультипрограммирование).

3.2 Система мкод (misd)

Графическая реализация системы МКОД (MISD) первой структуры представлена на рис.3.2.

Рисунок 3.2 – Графическая реализация системы МКОД (MISD)

(1-ая структура)

Графическая реализация системы МКОД (MISD) второй структуры представлена на рис3.3.

Рисунок 3.3 – Графическая реализация системы МКОД (MISD)

(2-ая структура)

Таким образом, система МКОД - система конвейерной (магистральной) обработки векторов. Основа конвейерной обработки – разделение выполнения операций на несколько этапов с передачей данных от одного сегмента к другому. Таким образом, в конвейере могут одновременно выполняться несколько команд или операций.

Отличие структур систем МКОД от ОКОД:

1. Поток команд (одна команда) распределяется устройством управления на несколько элементарных операций, каждая операция выполняется на своем процессоре.

2. Устройство управления (УУ), считывая команду, определяет вычислительные действия, выполняемые АЛУ, то есть каждый сегмент реализует определенную команду из последовательностей.

Операции в конвейере называются векторными операциями. Вектор – массив данных. Векторная операция – это операция обработки массивов. Одно вычислительное действие (операция) применяется ко всем элементам массива.

Недостаток систем МКОД: так как конвейер определяет строгую последовательность действий, то отсутствует гибкость вычислительных систем, возможность построения на другие задачи.

3.3 Системы класса окмд (simd)

Графическая реализация системы ОКМД (SIMD) представлена на рис.3.4.

Рисунок 3.4. – Графическая реализация системы ОКМД (SIMD)

Системы ОКМД состоят из одного командного устройства и нескольких модулей обработки данных. Каждый процессорный элемент имеет собственное ОЗУ собственную ОП. Все процессоры выполняют одну и ту же команду (на основе сигналов от УУ, но обрабатывают «свои» локальные данные). В ОКМД системах реализован параллелизм данных.

Особенность систем ОКМД: управляющий модуль формирует команды по извлечению данных из модулей памяти конкретных ПЭ. Поэтому в ОКМД системах реализован принцип одинаковой структуры хранения данных об объекте.

Достоинства ОКМД систем:

• универсальность ВС;

• интерпретируемая программа может переопределяться, что не влияет на структуру системы.