Класифікація структур паралельної обробки

Є різні системи класифікації паралельних систем, які базуються на різнотипних головних ознаках до класифікації. Багато з них базується на класифікації М. Флінна (1966 р.), де паралельна обробка виконується на SIMD і MIMD архітектурах.

В сучасних класифікаційних системах архітектури, які попадають в один клас, відрізняються за кількістю процесорів, природі і топології зв'язку між ними, за способом організації пам'яті, за технологією програмування та іншими ознаками.

Паралельні обчислювальні системи

Наприклад, А.Базу (A.Basu) вважає, що будь-яку паралельну обчислювальну систему можна однозначно описати послідовністю рішень, прийнятих на етапі її проектування, а сам процес проектування представити у виді дерева. Класифікація за Базу наведена на рис.1.6.

 

Рис.1.6. Класифікація за Базу

Р.Дункан визначає такий набір вимог на який може спиратися класифікація (див.рис.1.7):

З класу паралельних машин повинні бути виключені ті, у яких паралелізм закладений лише на найнижчому рівні, включаючи:

- конвеєризацію на етапі підготовки і виконання команди (instruction pipelining), тобто часткове перекриття таких етапів, як дешифрація команди, обчислення адрес операндів, вибірка операндів, виконання команди і збереження результату;

- наявність в архітектурі декількох функціональних пристроїв, що працюють незалежно, зокрема, можливість паралельного виконання логічних і арифметичних операцій;

- наявність окремих процесорів вводу/виводу, що працюють незалежно і паралельно з основними процесорами.

Дункан дає неформальне визначення паралельної архітектури, а саме: паралельна архітектура - це такий спосіб організації обчислювальної системи, при якому допускається, щоб безліч процесорів (простих або складних) може працювати одночасно, взаємодіючи в міру потреби один з одним.

Розглянемо три види архітектур, в яких використовують нетрадиційні моделі обчислень.

Dataflow - використовують модель, у якій команда може виконаються відразу ж, як тільки обчислені необхідні операнди. Таким чином, послідовність виконання команд визначається залежністю за даними, що може бути виражена, наприклад, у формі графа.

Модель обчислень, застосовувана в reduction машинах полягає в наступному: команда стає доступною для виконання тоді і тільки тоді, коли результат її роботи потрібно іншій, доступній для виконання, команді як операнд.

Wavefront array архітектура поєднує в собі ідею систолічної обробки даних і модель обчислень, що використовується в dataflow. У даній архітектурі процесори об’єднуються в модулі і фіксуються зв'язки, по яких процесори можуть взаємодіяти один з одним. Однак, на противагу ритмічній роботі систоличних масивів, дана архітектура використовує асинхронний механізм зв'язку з підтвердженням (handshaking), через що "фронт хвилі" обчислень може змінювати свою форму в міру проходження по всіх процесорах.

Е.Кришнамарфі для класифікації паралельних обчислювальних систем пропонує використовувати чотири характеристики, які подібні до характеристик класифікації А.Базу: ступінь гранулярності, спосіб реалізації паралелізму, топологія і природа зв'язку, спосіб керування процесорами.

На основі виділених чотирьох характеристик можна визначити місце найбільш відомих класів архітектур у даній класифікації (див. табл.1.2).

Таблиця 1.2

Тип архітектури	Гранулярність	Реалізація паралелізму	Зв'язок процесорів	Спосіб керування
Векторно-конвеєрні комп'ютери	На рівні даних	Апаратна	Проста топологія із середньою зв’язністю	Синхронний
Класичні мультипроцесори	На рівні задач	Комбінована	Проста топологія зі слабкою зв’язністю	Асинхронний
Матриці процесорів	На рівні даних	Апаратна	Двовимірні масиви із сильною зв’язністю	Синхронний
Систолічні масиви	На рівні даних	Апаратна	Складна топологія із сильною зв’язністю

Незважаючи на те, що класифікація Е. Кришнамарфі побудована лише на чотирьох ознаках, вона дозволяє виділити і описати такі "нетрадиційні" паралельні системи, як систоличні масиви, машини типу dataflow і wavefront.

Заслуговують на увагу класифікації Хандлера (ерлангерська схема) [8], Р. Хокні [1].