Навигация
3.5 Классификация Скилликорна
В 1989 году была сделана очередная попытка расширить классификацию Флинна и, тем самым, преодолеть ее недостатки. Д. Скилликорн разработал подход, пригодный для описания свойств многопроцессорных систем и некоторых нетрадиционных архитектур, в частности dataflow и reduction machine.
Предлагается рассматривать архитектуру любого компьютера, как абстрактную структуру, состоящую из четырех компонент:
· процессор команд (IP – Instruction Processor) – функциональное устройство, работающее, как интерпретатор команд; в системе, вообще говоря, может отсутствовать;
· процессор данных (DP – Data Processor) – функциональное устройство, работающее как преобразователь данных, в соответствии с арифметическими операциями;
· иерархия памяти (IM – Instruction Memory, DM – Data Memory) – запоминающее устройство, в котором хранятся данные и команды, пересылаемые между процессорами;
· переключатель – абстрактное устройство, обеспечивающее связь между процессорами и памятью.
Функции процессора команд во многом схожи с функциями устройств управления последовательных машин и, согласно Д. Скилликорну, сводятся к следующим:
· на основе своего состояния и полученной от DP информации IP определяет адрес команды, которая будет выполняться следующей;
· осуществляет доступ к IM для выборки команды;
· получает и декодирует выбранную команду;
· сообщает DP команду, которую надо выполнить;
· определяет адреса операндов и посылает их в DP;
· получает от DP информацию о результате выполнения команды.
Функции процессора данных делают его, во многом, похожим на арифметическое устройство традиционных процессоров:
· DP получает от IP команду, которую надо выполнить;
· получает от IP адреса операндов;
· выбирает операнды из DM;
· выполняет команду;
· запоминает результат в DM;
· возвращает в IP информацию о состоянии после выполнения команды.
В терминах таким образом определенных основных частей компьютера структуру традиционной фон-неймановской архитектуры можно представить в следующем виде:
Это один из самых простых видов архитектуры, не содержащих переключателей. Для описания параллельных вычислительных систем автор зафиксировал четыре типа переключателей, без какой-либо явной связи с типом устройств, которые они соединяют:
· 1–1 – переключатель такого типа связывает пару функциональных устройств;
· n-n – переключатель связывает i-е устройство из одного множества устройств с i-м устройством из другого множества, т.е. фиксирует попарную связь;
· 1-n – переключатель соединяет одно выделенное устройство со всеми функциональными устройствами из некоторого набора;
· nxn – каждое функциональное устройство одного множества может быть связано с любым устройством другого множества, и наоборот.
Примеров подобных переключателей можно привести очень много. Так, все матричные процессоры имеют переключатель типа 1-n для связи единственного процессора команд со всеми процессорами данных. В компьютерах семейства Connection Machine каждый процессор данных имеет свою локальную память, следовательно, связь будет описываться как n-n. В тоже время, каждый процессор команд может связаться с любым другим процессором, поэтому данная связь будет описана как nxn.
Классификация Д. Скилликорна состоит из двух уровней. На первом уровне она проводится на основе восьми характеристик:
1. количество процессоров команд (IP);
2. число запоминающих устройств (модулей памяти) команд (IM);
3. тип переключателя между IP и IM;
4. количество процессоров данных (DP);
5. число запоминающих устройств (модулей памяти) данных (DM);
6. тип переключателя между DP и DM;
7. тип переключателя между IP и DP;
8. тип переключателя между DP и DP.
Рассмотрим упомянутый выше компьютер Connection Machine 2. В терминах данных характеристик его можно описать:
(1, 1, 1–1, n, n, n-n, 1-n, nxn),
а условное изображение архитектуры приведено на следующем рисунке:
Для сильно связанных мультипроцессоров (BBN Butterfly, C.mmp) ситуация иная. Такие системы состоят из множества процессоров, соединенных с модулями памяти с помощью динамического переключателя. Задержка при доступе любого процессора к любому модулю памяти примерно одинакова. Связь и синхронизация между процессорами осуществляется через общие (разделяемые) переменные. Описание таких машин в рамках данной классификации выглядит так: (n, n, n-n, n, n, nxn, n-n, нет), а саму архитектуру можно изобразить так, как на следующем рисунке:
Используя введенные характеристики и предполагая, что рассмотрение количественных характеристик можно ограничить только тремя возможными вариантами значений: 0, 1 и n (т.е. больше одного), можно получить 28 классов архитектур.
В классах 1–5 находятся компьютеры типа dataflow и reduction, не имеющие процессоров команд в обычном понимании этого слова. Класс 6 это классическая фон-неймановская последовательная машина. Все разновидности матричных процессоров содержатся в классах 7–10. Классы 11 и 12 отвечают компьютерам типа MISD классификации Флинна и на настоящий момент, по мнению автора, пусты. Классы с 13-го по 28-й занимают всевозможные варианты мультипроцессоров, причем в 13–20 классах находятся машины с достаточно привычной архитектурой, в то время, как архитектура классов 21–28 пока выглядит экзотично.
На втором уровне классификации Д. Скилликорн просто уточняет описание, сделанное на первом уровне, добавляя возможность конвейерной обработки в процессорах команд и данных.
В конце данного описания имеет смысл привести сформулированные автором три цели, которым должна служить хорошо построенная классификация:
· облегчать понимание того, что достигнуто на сегодняшний день в области архитектур вычислительных систем, и какие архитектуры имеют лучшие перспективы в будущем;
· подсказывать новые пути организации архитектур – речь идет о тех классах, которые в настоящее время по разным причинам пусты;
· показывать, за счет каких структурных особенностей достигается увеличение производительности различных вычислительных систем; с этой точки зрения, классификация может служить моделью для анализа производительности.
Похожие работы
... параллельных вычислений и методам синхронизации. Можно выделить четыре основных типа архитектуры систем параллельной обработки: 1) Конвейерная и векторная обработка. Основу конвейерной обработки составляет раздельное выполнение некоторой операции в несколько этапов (за несколько ступеней) с передачей данных одного этапа следующему. Производительность при этом возрастает благодаря тому, ...
... 5k управления ресурсами (программно-аппаратный комплекс) массивно-параллельного компьютера обязана обрабатывать подобные ситуации в обход катастрофического общего рестарта с потерей контекста исполняющихся в данный момент задач. 2.4.1 Массивно-параллельные суперкомпьютеры серии CRY T3 Основанная в 1972 году фирма Cry Research Inc. (сейчас Cry Inc.), прославившаяся разработкой векторного ...
... время наиболее перспективным для конструирования компьютеров с рекордными показателями производительности. Использование параллельных вычислительных систем К сожалению чудеса в жизни редко случаются. Гигантская производительность параллельных компьютеров и супер-ЭВМ с лихвой компенсируется сложностями их использования. Начнем с самых простых вещей. У вас есть программа и доступ, скажем, к 256- ...
... ; - показывать, за счет каких структурных особенностей достигается увеличение производительности различных вычислительных систем; с этой точки зрения, классификация может служить моделью для анализа производительности. 1.12 Классификация Дазгупты Одним из последних исследований по классификации архитектур, по-видимому, является работа С. Дазгупты, вышедшая в 1990 году. Автор ...
0 комментариев