Классификация архитектур вычислительных систем

Различают следующие архитектуры вычислительных систем:

1) SISD (single instructions single data stream);

2) MISD (multiple instructions single data stream);

3) SIMD (single instructions multiple data stream);

4) MIMD (multiple instructions multiple data stream).

В этих архитектурах с такими названиями строятся вычислительные системы следующих типов: конвейерные, матричные, мультипроцессорные, распределенные и др. (слайд 14).

Далее материал из книги «Архитектура компьютера», Таненбаум.

Конвейерные вычислительные системы

Это простейшая версия коллектива вычислителей.

Основой конвейерной системы является цепочка элементарных блоков обработки информации (ЭБО). Все блоки работают параллельно, но каждый реализует свою операцию над данными одного и того же потока. Относится к MISD системам.

Реально конвейерные системы – мультиконвейерные: единое управляющее устройство формирует поток команд и несколько параллельных потоков данных на подсистемы конвейера.

Выполнение команды осуществляется следующим образом: выбирается команда из счетчика команд (блок выборки команд), декодируется (блок декодирования), поступает на блок выборки операндов, далее на блок выполнения команд и блок записи результатов. Из этих блоков можно сделать конвейер (слайд 16).

Матричные вычислительные системы

Матричные конвейеры выполняют одновременно большое число операций на элементарных процессорах, объединенных в матрицу. Каждый элементарный процессор представляет собой комбинацию из АЛУ и локальной памяти, предназначенной для хранения части данных. Поток команд на матрицу элементарных процессоров формируется устройством управления. Хранение программ осуществляется в памяти каждого процессора. Такие системы имеют SIMD архитектуру в классическом виде.

Современные матричные системы – масштабируемые с возможностью варьирования количества элементарных процессоров и их матриц. В этом случае вычислительные машины относятся к архитектуре MIMD.

Мультипроцессорные системы

В этот тип вычислительных систем с натяжкой можно отнести конвейерные и матричные, относятся к MIMD архитектуре.

Состоят из множества несвязанных друг с другом процессоров и общей памяти.

Взаимодействие между процессорами и памятью осуществляется через коммутирующие устройства (слайд 31, пример – общая шина).

Взаимодействие между процессорами осуществляется по линиям управления и данных (по шине).