ПРИЗНАКИ И ПОЛНАЯ СХЕМА КЛАССИФИКАЦИИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

 В качестве основных признаков классификации, характе­ризующих организацию структуры и функционирования вычис­лительных систем с точки зрения параллельности работы, вы­берем следующие:

1) тип потока команд в центральной части ВС;

2) тип потока данных в центральной части ВС;

3) способ обработки данных в центральных устройствах обработки;

4) степень связанности компонент ВС;

5) степень однородности основных компонент ВС;

6) тип внутренних связей в ВС.

Эти шесть признаков определяют базовую схему классифи­кации, содержащую семь уровней иерархии, в которой переход от каждого 1-го уровня к следующему более низкому (1+1)-му уровню определяется соответствующим 1-м признаком. В этой схеме и во вводимой далее нотации классов вычислительных систем используются следующие условные обозначения:

■ ВС - вычислительные системы;

■ ОК, МК - одиночный и множественный потоки команд соответственно МГ);

■ ОД, МД - одиночный и множественный потоки данныхсоответственно (ББ, МБ);

■ С, Р - пословная и поразрядная обработка данных в цен­тральных обрабатывающих устройствах соответственно;

■ Нс, Вс - низкая и высокая степень связанности ВС соот­ветственно;

■ Ор, Нр - однородная и неоднородная ВС соответственно;

■ Кн, Пм, Пр - системы со связями «канал-канал», через общую внешнюю память и непосредственно между процессо­рами соответственно;

■ Ош, Мш, Пк - системы со связями через одну общую шину с разделением ее времени, со связями через множество шин при использовании многовходовых модулей оперативной памяти и с перекрестными связями при помощи матричного ком­мутатора соответственно.

Обозначения (нотации) классов систем будем составлять из условных обозначений каждого узла схемы, начиная с узлов вто­рого уровня, через которые нужно пройти по стрелкам от узла ВС до узла данного класса систем включительно (рис.3.1).

Первые три признака классификации характеризуют орга­низацию функционирования вычислительных систем и опреде­ляют в общих чертах их структуру. Они являются двузначными и поэтому образуют в совокупности 8 классов систем (классы 4-го уровня). Переход от первого ко второму уровню соответству­ет разделению систем по типу потока команд - одиночный или множественный - между модулями оперативной памяти и уст­ройствами управления или процессорами. При переходе к тре­тьему уровню системы разделяются по типу потока данных меж­ду центральными обрабатывающими устройствами и модулями памяти. Далее при переходе к четвертому уровню иерархии сис­темы разделяются по способу обработки данных в центральных устройствах обработки - пословной или поразрядной. Системы с одиночными потоками команд и данных и с пословной обра­боткой данных (ОКОДС) представляют собой обычные процес­соры, а с поразрядной обработкой (ОКОДР) - одноразрядные процессоры. Эти системы соответствуют Б^Б-типу машин клас­сификации Флинна. Системы с одиночным потоком команд и множественным потоком данных имеют в качестве характерных представителей с пословной обработкой (ОКМДС) матричныеопп . Многопроцессорные и многомашинные системы образуют класс систем с множественными потоками команд и данных и с пословной обработкой (МКМДС). В качестве сис­тем с поразрядной обработкой (МКМДР) можно представить системы однобитовых процессоров, связанных между собой (МГМБ-тип по Флинну).

Последние три признака схемы классификации определяют классы систем со сложной структурой. На схеме показаны классы пятого, шестого и седьмого уровней для реально существующих систем. При переходе к пятому уровню схемы происходит разде­ление на системы с низкой и высокой степенью связанности, к шестому - на однородные и неоднородные системы и, наконец, при переходе к седьмому уровню системы разделяются по типу связей между устройствами их центральной части.

Низкая степень связанности для систем типа ОКМДС озна­чает, что обрабатывающие устройства имеют индивидуальные блоки оперативной памяти и связаны с устройством управле­ния, но не имеют непосредственных связей между собой. Высо­кая степень связанности для систем такого класса означает, что обрабатывающие устройства имеют индивидуальные блоки опе­ративной памяти и, по меньшей мере, связаны линиями с сосед­ними обрабатывающими устройствами. Типичные представи­тели первых систем - ансамбли процессоров, в вторых - матрич­ные системы (а также системы с векторным потоком данных, имеющие общую оперативную память).

Наиболее сложную структуру имеют многомашинные и многопроцессорные системы. Первые из них характеризуются низкой степенью связанности, вторые - высокой, поскольку име­ют общую оперативную память. Многомашинные системы обыч­но содержат конструктивно законченные вычислительные ма­шины и могут состоять как из однотипных, так и из разнотип­ных машин. В состав многопроцессорных могут входить как однотипные, так и разнотипные процессоры. Характерными типами связей, которые могут использоваться в различных ком­бинациях, в однородных и неоднородных многомашинных сис­темах являются связи «канал-канал» при помощи адаптера, че­рез внешнюю память на магнитных дисках и лентах и непосред­ственно между процессорами для обмена сигналами о состоя­нии друг друга, прерывания работы и для прямого управления.

Характерными типами связей в однородных и неоднород­ных многопроцессорных системах между их процессорными модулями и модулями оперативной памяти являются связи при помощи одной шины с разделением времени обмена информа­цией, многошинные связи с применением многовходовых мо­дулей оперативной памяти и перекрестные связи при помощи сосредоточенного или распределенного перекрестного (матрич­ного) коммутатора. Шины и матричный коммутатор использу­ются и для присоединения внешних устройств.

Ряд параллельных вычислительных систем обладает при­знаками более чем одного класса. Так, например, ортогональ­ные системы являются комбинацией систем типа ОКОДС и ОКМДР. Такого рода системы с признаками отличающихся друг от друга классов естественно считать системами с комбиниро­ванной структурой. Некоторые системы могут в процессе рабо­ты так изменять режим функционирования, что «переходят» из одного класса в другой. Такие системы называют системами с перестраиваемой структурой.