Классификация систем параллельной обработки

Процесс решения задач можно представить как воздействие определённой последовательности команд в программе потока команд на соответствующую последовательность данных, поток данных, вызываемых этой последовательностью команд. Различное способы организации параллельной обработки команд можно представить как способы организации одновременного воздействия одного или нескольких потоков команд на одну или несколько потоков данных. Для такой классификации оказывается полезным ввести понятие интенсивности потоков команд и данных. Под потоком команд или данных будем понимать как наличие в системе нескольких последовательных команд, находящихся в стадии реализации, или нескольких последовательностей данных, подвергающихся обработки командами. Исходя из возможности существования одиночных и множественных потоков, все системы могут быть разбиты на 4 больших класса

1)системы с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных (ОК и ОД)

2)системы с множественным потоком команд и одиночным потоком данных (МКОД)

3)системы с ОПК и МПД (ОК и МД)

4)МК и МД

При параллельной обработки многих устройств и систем неизбежна ситуация, когда некоторым устройствам требуется ОЗУ для записи или чтения информации. Такая ситуация называется конфликтной. Разрешить её можно путём введения системы приоритетов, которая устанавливает определённую очерёдность при удовлетворении запросов. При этом неизбежны очереди, а следовательно и постой устройств, не имеющих высшего приоритета. В наибольшей степени от этого страдает процессор так как по принципу своей работы он может ожидать в очереди обслуживания сколь угодную долю, в то время как большинство периферии, особенно электромеханические приборы ждать долго не могут, или это будет приводить к высоким потерям времени, как например если вовремя не считать информацию с накопителя на магнитных дисков, то придётся терять время, до следующего раза, когда мы будем считывать данные.

При наличии нескольких модулей ОЗУ с независимым управлением, есть определённая вероятность того, что разные устройства будут обращаться к различным модулям, а следовательно очередь на ОЗУ разделится до несколько меньших очередей и время ожидание в очереди будет уменьшено. Кроме совместного времени различных этапов обработки информации, система класса ООТ существенное увеличение производительности достигается за счёт введении конвейерной обработки, точнее конвейера команд. По существу КК это также совмещение во времени работы нескольких различных блоков, выполняющих отдельные части общей операции, если совмещено во времени работы различных устройств , можно назвать макросовмещением, то конвейер является макросовмещенным при организации КК очень частро применяются способы увеличения производительности, базирующиеся на использовании многомодульных ОЗВУ. Во первых, если команды и данные размещать в разных модулях памяти, то это позволит совмещать во времени выборку команд и операнда, что при выполнении ОЗУ вида 1го функционирующего устройства было бы невозможным. Во вторых используется тут факт, что команды и данные обычно при обработки выбираются из некоторой последовательности ячеек памяти с последовательно возвращаемыми адресами. Если организовать ОЗУ таким образом, то все чётные адреса будут принадлежать одному модулю ОЗУ а нечётные другому, и сдвинуть начала цикрла работы этих двух модулей на полуцикл, то при выполнении программы среднее время обращения к ОЗУ существенно уменьшается, в пределе в 2 раза. Этот принцип может быть распространён на большее число модулей с независимым управлением. При m модулях, среднее время обращение к ОЗУ оказывается равным 1/m циклов. Такая память называется памятью с чередованием адресов, или расслоением обращений.

В системах класса ОПОД возможна реализация и ещё одного способа увеличения производительности конвейер арифметических и логических операций, который вполне вписывается в этот класс систем, так как поток команд остаётся один, просто они разбиваются на некоторое число микроопераций, образуя таким образом несколько потоков микрокоманд. По этой причине системы с конвейером арифметических и логических операций иногда относят к системам класса МПОД.

Системы класса МПОД

Несколько потоков команд возможно на 1 поток данных, однако не существует такого класса задач, в которых 1 и та же последовательность данных подвергалась бы обработке по нескольким различным программам, по этой причине в чистом виде такая система до сих пор не реализована, а используется такая:

Каждая команда разбивается на несколько микрокоманд, каждая из которых реализуется специализированным настраивается на выполнение именно данной микрокоманды устройством поток данных приходит в последовательно через все или часть этих специализированных АЛУ. Именно такого класса системы принято называть конвейерными или системы с магистральной обработкой информации. Различается в системах МПОД в целях достижения максимальной производительности используется не только конвейер операций. Обычно в них используются и различные способы совмещения работы многих устройств, однако главным определяющим является конвейер арифметических и логических операций. Системы этого класса развивают максимальную производительность только при решении задач определённого типа, в которых существуют длинные последовательность или цепочки однотипных операций над достаточно большими последовательностями данных, т.е. когда имеет место параллелизм объектов или данных.

Система ОКМД

они также ориентированны на использование параллелизма объектов или данных.

В этой системе по 1 и той же программе обрабатывается несколько потоков данных, каждый из этих потоков обрабатывается своим АЛУ, работающим одинокого под общим управлением за счёт чего и достигается общая производительность системы. Общая схема может быть реализована разными способами, так например АЛУ может представлять собой достаточно сложное устройство, содержащее достаточно мощный процессор и ЗУ. В этом случае поток данных в каждом процессе поступает из собственного ЗУ, управления и память реализуется отдельно КВМ, управляющей ансамблем процессора Последовательность данных может иметь не только адреса, но и ассоциативный вывод. Система класса ОКМД могут использоваться для достижения высокой производительности и другие пуми параллельной обработки, однако определяющим является одновременная обработка нескольких потоков несколькими процессорами. Все системы данного класса подразделяются на адресные или ассоциативные.

Системы класса МКМД

Существует два способа построения системы МКМД, в виде совокупности инвентарных систем по схеме:

На первый взгляд различия незначительные, в первом варианте для каждой последовательности команд и данных имеется собственное ЗУ, а во втором варианте – все команды и данные размещаются в общем ЗУ. Это размещение приводит однако и к двум сильным отличиям. По построению и организации вычислительным типам ВИ с комплектов. В первом случае это многомашинные система и команды, а во втором многопроцессорные. В ММ варианте вся система как бы распадается на несколько независимых систем класса ОКОД, т.е. по существу самостоятельные ЭВМ, со всеми особенностями присущим им, при этом обычно существуют определенные связи между ЭВМ, объединяющие их систему. В многопроцессорном варианте система достаточно тесно связана с общей памятью компьютера и данных, а хотя процедуры системы имеют достаточную самостоятельность, в системе организуется совместная их работа. ММ системы в наилучшей степени приспособлены для решения потоконезависимых задач, при том объединения решения задачи ЭВМ существенно увеличивает производительность системы, а МП системы являются достаточно универсальными и обеспечивают высокую производительность пи использовании всех видов параллелизма, но пожалуй высокая эффективность достигается при задачах характеризующихся параллелизмом независимых ветвей. Из всех рассмотренных систем наибольшей универсальностью в отношении класса решаемых задач являются МКМД, их ПО и ориентированно как правило для решения только определённого класса задач.