Класифікація за типом ЕОМ або процесорів
За типом ЕОМ або процесорів, використовуваних для побудови ВС, розрізняють однорідні і неоднорідні системи. Однорідні обчислювальні системи припускають комплексування однотипних ЕОМ (процесорів), а неоднорідні - різнотипних ЕОМ (процесорів).
В однорідних системах значно спрощуються розробка і обслуговування технічних і програмних (в основному це операційні системи) коштів. У них забезпечується можливість стандартизації та уніфікації з'єднань і процедур взаємодії елементів системи. Спрощується обслуговування систем, полегшуються модернізація і їх розвиток.
Неоднорідні системи знаходять застосування і в мікропроцесорних системах. Багато ЕОМ, в тому числі і ПЕОМ, можуть використовувати співпроцесори: десятковою арифметики, матричні і т.п.
Класифікація за ступенем територіальної роз'єднаності
За ступенем територіальної роз'єднаності. обчислювальні системи діляться на системи суміщеного (зосередженого) і розподіленого (роз'єднаного) типів. Зазвичай такий розподіл стосується лише багатомашинних обчислювальних систем. Багатопроцесорні системи відносяться до систем суміщеного типу.
З огляду на успіхи мікроелектроніки, це поєднання може бути дуже глибоким. В даний час з'явилася можливість мати в одному кристалі декілька паралельно працюючих процесорів. ЕОМ з багатоядерним процесором є многопроцессорной обчислювальної системою поєднаного типу.
Класифікація за режимом роботи
По режиму роботи розрізняють обчислювальні системи, що працюють в оперативному тимчасовому режимі і в неоперативне тимчасовому режимі. Оперативний - це режим реального часу. Він характеризується жорсткими обмеженнями на час вирішення завдань в системі і передбачає високий рівень автоматизації процедур введення-виведення і обробки даних.
Як правило, обчислювальні системи використовують для управління технологічним процесом в реальному масштабі часу, коли обробка інформації повинна здійснюватися за час, що не перевищує час перебігу самого процесу. Від обчислювальних систем в цьому випадку потрібно багато: велика швидкодія і високий рівень надійності, надзвичайна оперативність і "живучість", тобто здатність виконувати покладені на неї функції навіть при виході з ладу якихось елементів. Сучасні ЕОМ ще не забезпечують виконання цих вимог, тому доводиться створювати спеціалізовані обчислювальні системи.
Типи архітектур обчислювальних систем, їх особливості, переваги та недоліки
Типи архітектур обчислювальних систем
Архітектура обчислювальної системи - це сукупність характеристик і параметрів, що визначають функціонально-логічну і структурну організацію системи.
Оскільки обчислювальні системи з'явилися як паралельні системи, то і розглянемо класифікацію архітектур під цією точкою зору. Класифікація архітектур була запропонована М. Флінном на початку 60-х років. Це класифікація по взаємодії потоків команд і потоків даних.
В основу класифікації архітектур обчислювальних систем закладено два можливих види паралелізму: незалежність потоків команд, що існують в системі, і незалежність (не пов'язані) даних, які обробляються в кожному потоці. Класифікація до теперішнього часу не втратила свого значення. Однак, як і будь-яка класифікація, вона носить тимчасовий і умовний характер. Своїм довголіттям вона зобов'язана тому, що виявилася справедливою для обчислювальних систем, в яких ЕОМ і процесори реалізують програмні послідовні методи обчислень. З появою систем, орієнтованих на потоки даних і використання асоціативної обробки, дана класифікація може бути некоректною.
В основу класифікації обчислювальних систем з паралельною обробкою покладено поняття потоку. Під потоком розуміється послідовність команд або даних, обробляється процесором.
Класифікація заснована на розгляді числа потоків команд і потоків даних і описує чотири базових архітектури.
Одиночний потік команд - одиночний потік даних (ОКОД) в англійському варіанті - Single Instruction Single Data (SISD) - одиночний потік інструкцій - одиночний потік даних.
Архітектура ОКОД охоплює всі однопроцесорні і одне-машинні варіанти систем, тобто з одним обчислювачем. Тут паралелізм обчислень забезпечується шляхом поєднання виконання операцій окремими блоками АЛУ, а також паралельної роботи пристроїв введення-виведення інформації та процесора.
Одиночний потік команд - множинний потік даних (ОКМД) або в англійському варіанті Single Instruction Multiple Data (SIMD) - одиночний потік інструкцій і множинний потік даних.
Процесори ідентичні і всі вони підкоряються одній і тій же послідовності команд. Однак кожен процесор обробляє свій потік даних.
Під цю схему добре підходять завдання обробки матриць або векторів (масивів), завдання вирішення систем лінійних і нелінійних, алгебраїчних і диференціальних рівнянь, задачі теорії поля і ін. В структурах даної архітектури бажано забезпечувати з'єднання між процесорами, відповідні реалізованим математичним залежностям. Як правило, ці зв'язки нагадують матрицю, в якій кожен процесорний елемент пов'язаний з сусідніми елементами.
Структури обчислювальних систем цього типу, по суті, є структурами спеціалізованих супер-ЕОМ (великий обсяг обчислень по одній програмі, але з великою кількістю даних, що підлягають обробці).
Множинний потік команд - одиночний потік даних (МКОД) або в англійському варіанті Multiple Instruction Single Data (MISD) - множинний потік інструкцій - одиночний потік даних.
В архітектурі таких ВС є багато процесорів, що обробляють один і той же потік команд.
Цей тип архітектури передбачає побудову своєрідного процесорного конвеєра, в якому результати обробки передаються від одного процесора до іншого по ланцюжку. У сучасних ЕОМ за цим принципом реалізована схема суміщення операцій, в якій паралельно працюють різні функціональні блоки, і кожен з них робить свою частину в загальному циклі обробки команди.
Вигоди такого виду обробки зрозумілі. Прототипом таких обчислень може служити схема будь-якого виробничого конвеєра. У ВС цього типу конвеєр повинні утворювати групи процесорів. Однак при переході на системний рівень дуже важко виявити подібний регулярний характер в універсальних обчисленнях. Крім того, на практиці не можна забезпечити і "велику довжину" такого конвеєра, при якій досягається найвищий ефект. Разом з тим конвеєрна схема знайшла застосування в так званих скалярних процесорах супер-ЕОМ, в яких вони застосовуються як спеціальні процесори для підтримки векторної обробки.
Множинний потік команд - множинний потік даних (МКМД) або в англійському варіанті Multiple Instruction Multiple Data (MIMD) - множинний потік інструкцій - множинний потік даних.
Архітектура МКМД передбачає, що всі процесори системи працюють за своїми програмами з власними потоками команд. Така схема використання обчислювальних систем часто застосовується на багатьох великих обчислювальних центрах для збільшення пропускної здатності.