Багатомашинні, багатопроцесорні асоціації

Починаючи цю тему, ми, дотримуючись традиційного наукового підходу, спочатку розглянемо класифікацію — це дозволить виявити серед великої різноманітності машинних асоціацій групи з ідентичними властивостями, які допоможуть нам познайомитися з найбільш спільними підходами, абстрагуючись від деталей реалізації.

Для класифікації існують безліч методів, що проводять розподіл за різними характеристиками (наприклад, продуктивності). Одна з найпростіших класичних класифікацій - це класифікація за Флінном (M.Flynn), заснована на оцінці деяких характеристик потоків інформації в машині.

У контексті машини можна виділити два потоки інформації:потік управління (для передачі керуючих впливів на конкретний пристрій) іпотік даних (що циркулює між оперативною пам'яттю та зовнішніми пристроями). Можливі деякі оптимізації даних потоків. У потоці команд - це перехід від команд низького рівня до високорівневих (коли ЦП замість роботи з мікрокомандами починає виробляти високорівневі команди, які передаються «розумному» пристрою управління, що безпосередньо реалізує дані команди); у потоці даних - це виключення участі ЦП в обмінах між зовнішніми пристроями та оперативною пам'яттю.

У класифікації за Флінном виділяють такі чотири архітектури:

-ОКОД (одинний потік команд, одиночний потік даних, абоSISD - single instruction, single data stream) - це традиційна однопроцесорна система (близька машині фон Неймана).

-ОКМД (одинний потік команд, множинний потік даних, абоSIMD - single instruction, multiple data stream) - наприклад, векторні комп'ютери, здатні оперувати векторами даних. Зазвичай для цих цілей у цих машинах існуютьвекторні регістри, а також є векторні операції, що передбачають векторну обробку.

багатопроцесорні

Мал. 53. Класифікація МКМД.

Розгляд систем із загальною оперативною пам'яттю розпочнемо з UMA.UMA (uniform memory access) - система з однорідним доступом на згадку. У даній моделі довільний процесорний елемент має доступ до довільної точки оперативної пам'яті (доступ з однаковим часом). Розвитком архітектури UMA стала модель SMP (symmetric multiprocessor - симетрична мультипроцесорна система). У цій моделі (Мал. 54) до загальної системної шини, або магістралі, приєднуються кілька процесорів та блок загальної оперативної пам'яті. У цього рішення можна назвати такі недоліки. По-перше, це централізована система, і шина в ній є «вузьким горлом», тому дана модель накладає суттєві обмеження на кількість процесорів, що підключаються (зазвичай 2, 4, 8, аж до 32). По-друге, виникають додаткові проблеми з КЕШ першого рівня кожного процесора. Рішень тут як мінімум два: або не використовувати КЕШ, або продати КЕШ-пам'ять зі стеженням. В останньому випадку кожен КЕШ слухає шину та реагує на ситуацію в системі. Різні ситуації наведені у наступній таблиці: