SISD、MIMD、SIMD、MISD計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)的Flynn分類法

1966年，MichealFlynn根據(jù)指令和數(shù)據(jù)流的概念對計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類，這就是所謂的Flynn分類法。Flynn將計算機(jī)劃分為四種基本類型，即SISD、MIMD、SIMD、MISD。

　　傳統(tǒng)的順序執(zhí)行的計算機(jī)在同一時刻只能執(zhí)行一條指令（即只有一個控制流）、處理一個數(shù)據(jù)（即只有一個數(shù)據(jù)流），因此被稱為單指令流單數(shù)據(jù)流計算機(jī)Single Instruction Single Data即SISD計算機(jī)）。而對于大多數(shù)并行計算機(jī)而言，多個處理單元都是根據(jù)不同的控制流程執(zhí)行不同的操作，處理不同的數(shù)據(jù)，因此，它們被稱作是多指令流多數(shù)據(jù)流計算機(jī)，即MIMD（Multiple Instruction Multiple Data）計算機(jī)。

　　曾經(jīng)在很長一段時間內(nèi)成為超級并行計算機(jī)主流的向量計算機(jī)除了標(biāo)量處理單元之外，最重要的是具有能進(jìn)行向量計算的硬件單元。在執(zhí)行向量操作時，一條指令可以同時對多個數(shù)據(jù)（組成一個向量）進(jìn)行運算，這就是單指令流多數(shù)據(jù)流（Single Instruction Multiple Data，SIMD）的概念。因此，我們將向量計算機(jī)稱為SIMD計算機(jī)。

　　第四種類型即所謂的多指令流單數(shù)據(jù)（MultipleInstructionSingleData）計算機(jī)。在這種計算機(jī)中，各個處理單元組成一個線性陣列，分別執(zhí)行不同的指令流，而同一個數(shù)據(jù)流則順次通過這個陣列中的各個處理單元。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只適用于某些特定的算法。

　　相對而言，SIMD和MISD模型更適合于專用計算。在商用并行計算機(jī)中，MIMD模型最為通用，SIMD次之，而MISD最少用。

多處理機(jī).并行處理機(jī).流水線處理機(jī)

1. 關(guān)于“并行處理”應(yīng)理解：    a. 目的：節(jié)省大型和復(fù)雜問題的解決時間。    b. 特征：處理機(jī)可同時工作于同一程序的不同方面。-->為使用并行處理，首先需要：（見c）    c. 前提條件：對程序進(jìn)行并行化處理，即講工作各部分分配到不同的處理機(jī)中。    d. 注意：并行是一個相互依靠性問題，不能自動實現(xiàn)。故并行不能保證加速。但：（見e）    e. 優(yōu)勢：一個在n個處理機(jī)上執(zhí)行的程序，其速度可能會是在單一處理機(jī)上執(zhí)行的速度的n倍。 2. 陣列處理機(jī)與多處理機(jī)對比： 陣列處理機(jī)（并行處理機(jī)）： 單個控制部件（CU），多個處理單元（PU）；共享主存（可分為多個）和所有外部設(shè)備；單指令流多數(shù)據(jù)流計算機(jī)（SIMD）。實現(xiàn)操作級的并行，并行性存在于指令內(nèi)部。 多處理機(jī)：多個控制部件，多臺處理機(jī)（每臺處理機(jī)有屬于自己的控制部件）；共享一個主存和所有外部設(shè)備；多指令流多數(shù)據(jù)流計算機(jī)（MIMD）。實現(xiàn)作業(yè)，任務(wù)級的并行。并行性還存在于指令外部。 3. 陣列處理機(jī)與采用流水結(jié)構(gòu)的單機(jī)系統(tǒng)對比： 陣列處理機(jī)： 單指令流多數(shù)據(jù)流； 采用資源重復(fù)技術(shù)。 采用流水結(jié)構(gòu)的單機(jī)系統(tǒng)： 單指令流多數(shù)據(jù)流； 采用時間重復(fù)技術(shù)。 4. 多處理機(jī)： 多處理機(jī)系統(tǒng)由多個獨立的處理機(jī)組成，每個處理機(jī)都能夠獨立處理自己的程序。 按其構(gòu)成的分類：    異構(gòu)型（非對稱型）：由多個不同類型或可完成不同功能的處理機(jī)組成；    同構(gòu)型（對稱型）： 由多個同類型或可完成同等功能的處理機(jī)組成；    分布式處理機(jī)系統(tǒng)： 由多個具有獨立功能的處理機(jī)相互連接起來。 按機(jī)間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)，分為四種多處理機(jī)結(jié)構(gòu)：    總線式結(jié)構(gòu)： 又分為：單總線， 多總線， 分級式總線， 環(huán)式總線等多種。    交叉開關(guān)結(jié)構(gòu)： 設(shè)置一組縱橫開關(guān)陣列，把橫向的處理機(jī)P及I/O通道與縱向的存儲器M連接起來。    多端口存儲器結(jié)構(gòu)： 將多個多端口存儲器的對應(yīng)端口連在一起，并且每一個端口連接一個處理機(jī)P或一個I/O通道控制器I/OC。    開關(guān)樞紐式結(jié)構(gòu)： 有多個輸入端和多個輸出端，在他們之間切換，使輸入端有選擇地與輸出端相連。一個仲裁單元（可分解沖突的部件）與一個開關(guān)單元（可在一個輸入端和多個輸出端之間切換）構(gòu)成一個基本的開關(guān)樞紐。 5. 陣列（并行）處理機(jī)： 兩種典型結(jié)構(gòu)：    具有分布存儲器的并行處理機(jī)結(jié)構(gòu)： 有兩類存儲器：一類附屬于主處理機(jī)，其內(nèi)常駐操作系統(tǒng)；另一類為局部存儲器，分布在各個處理單元，用來保存程序和數(shù)據(jù)。    具有共享存儲器的并行處理機(jī)結(jié)構(gòu)： 將若干個共享存儲器通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)ICN為整個并行系統(tǒng)的所有處理單元共享。

2009-05-11