michael j. flynn是美國史丹福大學的計算機教授,2023年他提出了著名的費林分類法(flynn's taxonomy,或flynn』s classifications)。flynn's taxonomy
是一種經典的計算機體系結構分類方式。flynn
根據指令流、資料流的多倍性特徵把計算機系統(或體系結構)分成了四類:
這其實也為平行計算的模型提供了四種實現方式(當前其中sisd其實就是序列的)。下圖給出了sisd的抽象示意圖,其中pe是precessing element,m表示memory:
對於涉及大量並行資料的應用而言,simd架構的機器無疑是價效比最高的選擇。在這種機器上,單個的control unit會將 instructions 向多個 processing elements 並行地進行廣播,其中每個pe都是擁有本地儲存器的乙個功能單元集合。下圖是simd的抽象示意圖:
現在市場上的多處理系統更多屬於mimd架構的,它比simd更進一步。一些標準的處理器和儲存晶元通過高速匯流排在內部進行連線(memory通常是交織的)。下圖是mimd的抽象示意圖:
美國計算機科學家、紐約大學教授jacob t. schwartz定義了兩種大致的方法來組織處理器和記憶體,即paracomputers和ultracomputers。paracomputers
將memory從處理中分離出來。memory是共享的,處理器之間通過共享的memory來進行通訊。在paracomputers
中,如果我們認為每乙個記憶體位址都可以被每乙個處理器均等地訪問,那麼就可以據此認為pram模組以這種方式來被paracomputers
近似地模擬。另一方面,ultracomputers將memory
分配給若干個處理器,這樣就形成了眾多modules,乙個處理器可以用恆定時間來訪問它的module上的memory,但是訪問遠端的module上的memory則要耗費更長時間。
在更多的資料中,我們常常用另外兩個術語來替代paracomputers和ultracomputers
,即多處理器共享記憶體(multiprocessor shared memory)和多計算機分布記憶體(multicomputer distributed memory),如下圖所示:
在共享記憶體系統中,處理器通過對全域性皆知的記憶體位址(globally known memory address
)進行讀寫來實現通訊。硬體實現上會確保所有處理器對記憶體都有用相同的訪問方式(即使用單一位址空間)。因此,這也被稱為是對稱多處理器機「
symmetric multiprocessor (smp) machine」。而在分布記憶體系統中,處理器之間通過傳送訊息的方式來進行通訊。此時硬體將僅負責訊息的傳遞。也不再有單一位址空間。所以這也被稱為是訊息傳送機器(message passing machine)。乙個分布共享記憶體 (dsm) 系統擁有乙個分布式的記憶體但是是乙個單一的位址空間。 通常在smp機器上程式設計要比再 message passing machine上程式設計容易很多。然而,message passing machine
可以用更低的代價來進行擴容。
(本文完)
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