Классификация параллельных систем по Флинну (SISD, SIMD, MISD, MIMD).

Любая система достигает наивысшей производительности за счёт использования высокоскоростных элементов и возможности одновременной обработки данных, причём параллельная обработка является основной базой для увеличения производительности. Одной из классификаций систем параллельной обработки является классификация по Флинну. Однако существует ряд систем не попадающих ни под одну из групп.

На сегодня установилась классификация высокопроизводительных вычислительных систем, базирующихся на порядке поступления потоков команд и данных на обработку. Их структуры образуют следующие четыре класса:

Векторная обработка (SISD). Одна и та же команда применяется к различным элементам. Для этого перед выполнением команды выделяется некоторое время на настройку конвейера для работы с этой командой. Однако после этого на вход поступает непрерывный поток данных, которые обрабатываются однообразно. При этом конвейер используется максимально эффективно. И если длина вектора имеет достаточную величину, то потери на настройку конвейера окупаются. Данная система позволяет эффективно распараллеливать простые циклы, в которых нет ветвлений, а операнды различных итераций не зависят от результата предыдущего.

Матричные системы (SIMD). Одиночный поток команд – множественный поток данных. Подобная система использует несколько независимых процессоров, имеющих идентичную структуру, выполняющих одну общую программу на разных данных. Каждый процессорный элемент имеет собственную ОП и возможно собственное устройство ввода/вывода. Эти системы фиктивно решают задачи с большим числом исходных данных и общим алгоритмом их обработки. Благодаря независимости процессоров возможно распараллеливание достаточно сложных циклов, включающих ветвление переходов, но оперирует независимыми данными. Недостаток – большая стоимость

MISD множественный поток команд – одиночный поток данных, он включает конвейерные или магистральные структуры. Системы этого класса называют многопроцессорными системами. В них каждый элемент процесса представляет собой законченную вычислительную систему со всеми необходимыми для этого ресурсами. Взаимодействие между процессами осуществляется по средствам различных обменов. Механизм взаимодействия элементов является одной из критичных характеристик систем данного класса. Выделяют два вида системы:

Сильносвязанная мультипроцессорная система. Имеют одну общую ОП, общую шину, но для увеличения эффективности каждый процессор имеет собственный КЭШ различного уровня.

Слабосвязанные системы. В этих системах каждый процессор имеет свою локальную ОП, взаимодействие осуществляется по средствам сетей обмена. Крайний случай: распределённая вычислительная сеть.

Множественный поток команд – множественный поток данных (MIMD). К этому классу принадлежат структуры, включающие несколько процессоров, одновременно выполняющих различные фрагменты одной и той же программы. Данная система представляет собой развитие MISD подхода, где в качестве процессорных элементов используются SIMD процессоры. Языки высокого уровня адаптируются к этим системам, имеют механизмы разбиения программы на крупные независимые блоки, которые выполняются на своих процессорных элементах. В свою очередь каждый из этих блоков делятся на более мелкие по принципу SIMD. В настоящее время MIMD система является наиболее развивающимся направлением, благодаря дешевизне так как в качестве процессорных элементов могут быть использованы обычные процессоры из пользовательских систем. При этом данная система позволяет реализовывать эффективные алгоритмы для однопользовательских систем и при этом поддерживать многопользовательские режимы работы.