SISD、MIMD、SIMD、MISD計算機的體系結構的Flynn分類法

1966年，MichealFlynn根據指令和數據流的概念對計算機的體系結構進行了分類，這就是所謂的Flynn分類法。Flynn將計算機劃分為四種基本類型，即SISD、MIMD、SIMD、MISD。

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

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

　　第四種類型即所謂的多指令流單數據（MultipleInstructionSingleData）計算機。在這種計算機中，各個處理單元組成一個線性陣列，分別執行不同的指令流，而同一個數據流則順次通過這個陣列中的各個處理單元。這種系統結構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。在商用并行計算機中，MIMD模型最為通用，SIMD次之，而MISD最少用。

多處理機.并行處理機.流水線處理機

1. 關于“并行處理”應理解：    a. 目的：節省大型和復雜問題的解決時間。    b. 特征：處理機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：對程序進行并行化處理，即講工作各部分分配到不同的處理機中。    d. 注意：并行是一個相互依靠性問題，不能自動實現。故并行不能保證加速。但：（見e）    e. 優勢：一個在n個處理機上執行的程序，其速度可能會是在單一處理機上執行的速度的n倍。 2. 陣列處理機與多處理機對比： 陣列處理機（并行處理機）： 單個控制部件（CU），多個處理單元（PU）；共享主存（可分為多個）和所有外部設備；單指令流多數據流計算機（SIMD）。實現操作級的并行，并行性存在于指令內部。 多處理機：多個控制部件，多臺處理機（每臺處理機有屬于自己的控制部件）；共享一個主存和所有外部設備；多指令流多數據流計算機（MIMD）。實現作業，任務級的并行。并行性還存在于指令外部。 3. 陣列處理機與采用流水結構的單機系統對比： 陣列處理機： 單指令流多數據流； 采用資源重復技術。 采用流水結構的單機系統： 單指令流多數據流； 采用時間重復技術。 4. 多處理機： 多處理機系統由多個獨立的處理機組成，每個處理機都能夠獨立處理自己的程序。 按其構成的分類：    異構型（非對稱型）：由多個不同類型或可完成不同功能的處理機組成；    同構型（對稱型）： 由多個同類型或可完成同等功能的處理機組成；    分布式處理機系統： 由多個具有獨立功能的處理機相互連接起來。 按機間的互聯結構，分為四種多處理機結構：    總線式結構： 又分為：單總線， 多總線， 分級式總線， 環式總線等多種。    交叉開關結構： 設置一組縱橫開關陣列，把橫向的處理機P及I/O通道與縱向的存儲器M連接起來。    多端口存儲器結構： 將多個多端口存儲器的對應端口連在一起，并且每一個端口連接一個處理機P或一個I/O通道控制器I/OC。    開關樞紐式結構： 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）與一個開關單元（可在一個輸入端和多個輸出端之間切換）構成一個基本的開關樞紐。 5. 陣列（并行）處理機： 兩種典型結構：    具有分布存儲器的并行處理機結構： 有兩類存儲器：一類附屬于主處理機，其內常駐操作系統；另一類為局部存儲器，分布在各個處理單元，用來保存程序和數據。    具有共享存儲器的并行處理機結構： 將若干個共享存儲器通過互聯網絡ICN為整個并行系統的所有處理單元共享。

2009-05-11