Массив процессоров
В матричных SIMD-системах распространение получили два основных типа архитектурной организации массива процессорных элементов.
В первом варианте, известном как архитектура типа «процессорный элемент - процессорный элемент»(«ПЭ-ПЭ»):
N процессорных элементов (ПЭ) связаны между собой сетью соединений.
Каждый ПЭ - это процессор с локальной памятью.
Процессорные элементы выполняют команды, получаемые из КМП по шине широковещательной рассылки, и обрабатывают данные как хранящиеся в их локальной памяти, так и поступающие из КМП.
Обмен данными между процессорными элементами производится по сети соединений, в то время как шина ввода/вывода служит для обмена информацией между ПЭ и устройствами ввода/вывода.
Для трансляции результатов из отдельных ПЭ в контроллер массива процессоров служит шина результата.
Благодаря использованию локальной памяти аппаратные средства ВС рассматриваемого типа могут быть построены весьма эффективно. Во многих алгоритмах действия по пересылке информации по большей части локальны, то есть происходят между ближайшими соседями. По этой причине архитектура, где каждый ПЭ связан только с соседними, очень популярна. В качестве примеров вычислительных систем с рассматриваемой архитектурой можно упомянуть MasPar MP-1, Connection Machine CM-2, GF11, DAP, МРР, STARAN, PEPE, ILLIAC IV.
Архитектура типа «процессорный элемент - процессорный элемент»
Второй вид архитектуры — «процессор-память» В такой конфигурации двунаправленная сеть соединений связывает N процессоров с М модулями памяти. Процессоры управляются КМП через широковещательную шину. Обмен данными между процессорами осуществляется как через сеть, так и через модули памяти. Пересылка данных между модулями памяти и устройствами ввода/вывода обеспечивается шиной ввода/вывода. Для передачи данных из конкретного модуля памяти в КМП служит шина результата. Примерами ВС с рассмотренной архитектурой могут служить Burroughs Scientific Processor (BSP), Texas Reconfigurable Array Computer (TRAC).
Архитектура типа «процессор-память»
Структура процессорного элемента
В большинстве матричных SIMD-систем в качестве процессорных элементов применяются простые RISC-процессоры с локальной памятью ограниченной емкости.
Например, каждый ПЭ системы MasPar MP-1 состоит из четырехразрядного процессора с памятью емкостью 64 Кбайт. В системе МРР используются одноразрядные процессоры с памятью 1 кбит каждый, а в СМ-2 процессорный элемент представляет собой одноразрядный процессор с 64 Кбит локальной памяти. Благодаря простоте ПЭ массив может быть реализован в виде одной сверхбольшой интегральной микросхемы (СБИС). Это позволяет сократить число связей между микросхемами и, следовательно, габариты ВС. Так, одна СБИС в системе СМ-2 содержит 16 процессоров (без блоков памяти), а в системе MasPar MP-1 СБИС состоит из 32 процессоров (также без блоков памяти). В системе МР-2 просматривается тенденция к применению более сложных микросхем, в частности 32-разрядных процессоров с 256 Кбайт памяти в каждом.
Неотъемлемыми компонентами ПЭ (рис.) в большинстве вычислительных систем являются:
арифметико-логическое устройство (АЛУ);
регистры данных;
сетевой интерфейс (СИ), который может включать в свой состав регистры пересылки данных;
номер процессора;
регистр флага разрешения маскирования (F);
локальная память.
