М. Флин (M. Flynn) классификациясы.

Флин классификациясы ағын түсінігіне негізделеді. Ағын - процессорда өңделетін командалар немесе деректер тізбегі. Командалар мен деректер ағымы санына байланысты Флин архитектураны 4 класқа бөледі. Біріншісі, SISD (Single Instruction stream/Single Date stream) – командалардың жеке ағыны және деректердің жеке ағыны (21 сурет). Бұл суретте келесі белгілеулер пайдаланылған: ПР – бір немесе бірнеше процессорлық элементтер, БҚ – басқарушы құрылғы, ДЖ – деректер жадысы. Бұл класқа классикалық тізбекті машиналар немесе басқаша айтқанда фон-Нейман типті машиналар жатады, мысалы, PDP-11 немесе VAX 11/780. Мұндай машиналарда командалардың бір ағыны ғана болады, барлық командалар кезекпен бірінен кейін бірі өңделеді (орындалады) және әрбір команда бір скалярлық операцияны көрсетеді. Бұл класқа командаларды өңдеу жылдамдығын және арифметикалық операцияларды орындау жылдамдығын жоғарылату үшін конвейерлік өңдеу қолданылуы мүмкін: мысалы, скалярлық функционалды құрылғыларымен CDC 6600 және конвейерлік CDC 7600 машиналары кіреді.

Екінші класс – SIMD (Single Instruction stream/Multiple Date stream) - командалардың жеке ағыны және деректердің көптеген ағыны (23 сурет). Алдыңғы, яғни SISD класынан айырмашылығы, мұндай архитектураларда векторлық командалар енетін командалардың бір ағыны сақталады. Ал бұл өз кезегінде бірден көптеген берілгендермен, мысалы, вектор элементтерімен, бір арифметикалық операцияны орындауға мүмкіндік береді. Векторлық операцияларды орындау тәсілі арнайы айтылмайды, сондықтан вектор элементтерін өңдеу процессорлық матрица арқылы, мысалы, ILLIAC IV – тегі сияқты немесе конвейер көмегімен, мысалы, Cray-1 машинасындағы сияқты жүргізілуі мүмкін.

21 сурет. М. Флин классификациясының SISD және SIMD кластары

Үшінші класс – MIMD (Multiple Instruction stream/ Multiple Date stream) - командалардың көптеген ағыны және деректердің көптеген ағыны (22 сурет).

22 сурет. М. Флин классификациясының MISD және MIMD кластары

Бұл класта, есептеу жүйесінде бір кешенге біріктірілген, командаларды өңдейтін бірнеше құрылғы бар деп есептеледі және олардың әрқайсысы өз командалар ағынымен және деректер ағынымен жұмыс істейді. Оған көп процессорлы векторлы супер ЭЕМ ғана емес, басқа да көп процессорлы компьютерлер жатады. Көптеген қазіргі супер ЭЕМ-ың архитектурасы MIMD болып табылады.

Төртінші класс – MISD (Multiple Instruction stream/Single Date stream) - командалардың көптеген ағыны және деректердің жеке ағыны (22 сурет).

Анықтама бойынша, архитектурада бір деректер ағынын өңдейтін көптеген процессорлар болуы қажет. Алайда бүгінгі күні бұл қағидамен жұмыс жасайтын есептеу машинасы тіркелмеген. Әзірше бұл класс бос десе болады.

Сонымен, жоғарыда айтылғандай SISD класына VAX 11/780 типі сияқты бірпроцессорлы тізбекті компьютерлер кіреді. Алайда, бұл класқа, егер сәйкес команда үшін векторды бүтін бөлінбейтін берілген деп қарастыратын болсақ, онда векторлы-конвейерлік машиналарды да енгізуге болады. Бұл жағдайда SISD класына Cray-16, CYBER 205, FACOM VP машиналары және көптеген т.б машиналар да жатады.

SIMD класына даусыз процессорлық матрицалар: ILLIAC IV, ICL DAP, Goodyear Aerospase MPP, Connection Machine 1 және т.б. кіреді. Мұндай жүйелерде процессорлық элементтер жиынын ортақ басқару құрылғысы қадағалайды. Әрбір бекітілген уақыт мезетінде, әрбір процессорлық элемент, басқару құрылғысынан бірдей команданы қабылдап, оны өздерінің локальды берілгендеріне орындайды. Классикалық процессорлық матрицалар үшін ешқандай сұрақ туындамайды. Алайда бұл класқа векторлы-конвейерлік машиналарды да енгізуге болады, мысалы Cray-1. Бұл жағдайда вектордың әрбір элементін деректер ағынының жеке элементі деп қарастыру қажет.

MIMD класы өте кең, себебі оған барлық мүмкін мультипроцессорлық жүйелер: Cm*, C.mmp, Cray Y-MP, Denelcor HEP, BBN Butterfly, Intel Paragon, Cray T3D және көптеген басқа машиналар енеді. Қызықты жері – егер конвейерлік өңдеуді жеке деректердің векторлық ағыны емес, ал скалярлық ағын жиынымен түрлі командалардың тізбектеліп орындалуы деп қарастыратын болсақ, онда жоғарыда қарастырылған барлық векторлы-конвейерлік компьютерлерді де осы класқа жатқызуға болады.

Флин ұсынған бұл классификация сызбасы, бүгінгі күні ең көп қолданылуда екенін айта кету керек. Егер компьютер SIMD немесе MIMD класына кіреді деп айтылса, онда оның жұмысының бірден базалық қағидалары түсінікті және кейбір жағдайларда осының өзі жеткілікті болады. Алайда айқын жетіспеушіліктері де көрініп тұрады. Дербес жағдайда, кейбір көңіл бөлуге тұрарлық архитектуралар, мысалы, dateflow және векторлы-конвейерлік машиналар аталған классификацияға толық сәйкес келмейді. Келесі жетіспеушілігі – MIMD класының тым толып кетуі. Сондықтан, Флин бойынша бір класқа кіретін, бірақ процессор санымен олардың арасындағы байланыс топологиясы және табиғатымен, жадыны ұйымдастыру тәсілі және де бағдарламалау технологиясы жағынан әртүрлі болатын архитектураларды одан ары да таңдап жүйелейтін құрал қажет.

Р. Хокни классификациясы. Жоғарыда айтылғандай, MIMD класы өте кең және ол архитектуралардың көптеген әртүрлі типтерін өзіне біріктіреді. Хокни осы Флин жүйелеуі бойынша MIMD класына кіретін компьютерлерді одан ары терең бөлшектеп жүйелеу үшін өз тәсілін құрастырды. Осы класс ішінде архитектураны жүйелеу нәтижесінде ол төмендегі 23-ші суретте келтірілген иерархиялық құрылымды алды.

23 сурет. MIMD класына Р. Хокнидың қосымша

классификациясы

Р. Хокни классификациясының негізгі идеясы келесідей. Командалардың көптеген ағыны екі тәсілмен өңделуі мүмкін: жеке ағын үшін уақытты бөлу режимінде жұмыс істейтін бір конвейерлік құрылғымен, болмаса әрбір ағын өзінің жеке құрылғысымен өңделеді. Бірінші мүмкіндік MIMD компьютерлерде пайдаланылады, оларды Хокни конвейерлік деп атайды. Бұларға, мысалы Denelcor HEP процессорлық модульдері немесе Tera MTA типті компьютерлерді жатқызуға болады.

Екінші мүмкіндікті пайдаланатын архитектуралар, өз кезегінде, тағы екі класқа бөлінеді. Бірінші класына айырып/қосқыш көмегімен іске асатын, әрбір процессор арасында тікелей байланыс орнатылуы мүмкін MIMD компьютерлері кіреді. Екінші класына, әрбір процессор желідегі жақын көршілерімен ғана тікелей байланыс орнатуы мүмкін, ал қашықтағы процессорлар арасындағы байланыс арнайы маршруттық жүйе арқылы іске асатын MIMD компьютерлері кіреді.

Айырып/қосқышы бар MIMD машиналарының ішінен Хокни барлық жады процессорларға бөлініп берілген (локалды жады сияқты) машиналарды (мысалы PASM, PRINGLE, SMP торабынсыз IBM SP2) бөліп қарастырады. Бұл жағдайда процессорлар арасындағы қатынас компьютердің айтарлықтай бөлігін құрайтын күрделі айырып/қосқыш көмегімен іске асырылады. Мұндай машиналар таратылған жадылы MIMD машиналары деп аталады. Егер жады, барлық процессорға айырып/қосқыш арқылы қол жетімді болатын бөлінетін ресурс болса, онда MIMD машиналары ортақ жадылы есептеу жүйелеріне жатқызылады (BBN Butterfly, Cray C90).

Айырып/қосқыш типіне сәйкес классификацияны одан ары жүргізуге болады: қарапайым айырып/қосқыш, көпкаскадты айырып/қосқыш, ортақ шина және т.б. Қазіргі заманғы көптеген есептеу жүйелерінде ортақ бөлінетін жадымен қатар таратылған локальды жадылар да қарастырылған. Мұндай жүйелерді автор гибридті айырып/қосқышымен MIMD машиналары деп бөледі.

Желілік құрылымды MIMD машиналарын қарастырғанда, олардың барлығы таратылған жадылы деп есептеледі, ал классификация одан ары желі топологиясына сәйкес жүргізіледі: жұлдыз тәрізді желі (ICAP), түрлі өлшемдегі регулярлық торлар (Intel Paragon, Cray T3D), гиперкубтар (Ncube, Intel iPSC), ағаштар, пирамидалар, кластерлер (Cm*, CEDAR) секілді иерархиялық құрылымды желілер және де өз конфигурацияларын өзгертетін желілер.

Дата добавления: 2015-10-29