Учебное пособие Казань 018 удк

2.3. Детализация архитектур по достижимой степени параллелизма 
Выше мы рассмотрели основные классы параллельных компьютеров, 
отличия между которыми следует учитывать в первую очередь при построении 
параллельных алгоритмов. Поскольку подавляющее число архитектур 
реализуется в классе MIMD, требуется более детальная классификация, 
которая, кроме прочего, позволяла бы также давать оценку достижимой 
степени параллелизма. 
Одна из таких систематизаций MIMD-компьютеров дана 
Р. Хокни
[2]. 
Основная идея классификации состоит в том, что множественный поток команд 
может быть обработан либо по конвейерной схеме в режиме разделения 
времени, либо каждый поток обрабатывается своим устройством. 
В соответствии с этим различают следующие MIMD - компьютеры: 
o
конвейерные; 
o
переключаемые (с обей памятью и распределенной памятью); 
o
сети, реализованные в виде: регулярной решетки, гиперкуба, 
иерархической структуры и изменяемой конфигурации. 
Следующая классификация [2] 
Т. Фенга
позволяет также строить оценки 
достижимой степени параллелизма. Она основана на двух характеристиках: 
o
число 
n
бит в машинном слове, обрабатываемых параллельно; 
o
число слов m, обрабатываемых одновременно вычислительной 
системой. 
Произведение P=m*n, определяющее интегральную характеристику 
параллельности 
архитектуры, 
называют 
максимальной 
степенью 
параллелизма
 
вычислительной системы. Введение этой 
единой числовой 
метрики
для всех типов компьютеров позволяет сравнивать любые два 

---

16 
компьютера между собой. Однако в данном случае не делается акцент на том, 
за счет чего компьютер может одновременно обрабатывать более одного слова. 
С точки зрения указанной классификации возможны следующие 
варианты построения компьютера: 
o
разрядно-последовательные, 
пословно-последовательные 
(n=1, 
m=1); 
o
разрядно-параллельные, пословно-последовательные (n>1, m=1); 
o
разрядно-последовательные, пословно-параллельные (n=1, m>1); 
o
разрядно-параллельные, пословно-параллельные (n>1, m>1). 
Подавляющее большинство вычислительных систем принадлежит к 
этому, последнему, классу. 
Классификация 
В. Хендлера
[2]. В основе этой классификации явное 
описание параллельной и конвейерной обработки. При этом различают три 
уровня обработки данных:
o
уровень выполнения программы; 
o
уровень выполнения команд; 
o
уровень битовой обработки. 
На каждом уровне допускается возможность конвейерной обработки. 
Таким образом, в общем случае каждый компьютер может быть 
охарактеризован следующими шестью числами:
k
- число процессоров;
k’
- глубина макроконвейера;
d
- число АЛУ в каждом процессоре; 
d’
- глубина конвейера из функциональных устройств АЛУ; 
w
- число разрядов в слове, обрабатываемых в АЛУ параллельно; 
w’
- число ступеней в конвейере функциональных устройств каждого 
АЛУ. 
Имеет место связь классификации 
Хендлера
с классификацией 
Фенга:
для 
получения максимальной степени параллелизма в смысле 
Фенга
необходимо 

---

17 
вычислить произведение указанных выше шести величин. 
В классификации 
Д. Скилликорна
[2] архитектуру любого компьютера 
предлагается рассматривать как абстрактную структуру, состоящую из четырех 
компонентов: 
o
процессор команд
(IP - Instruction Procesor) - интерпретатор команд; 
o
процессор данных
(DP - Data Procesor) - устройство обработки 
данных; 
o
устройство памяти
(IM - Instruction Memory, DM - Data Memory); 
o
переключатель
- абстрактное устройство, обеспечивающее связь 
между процессорами и памятью. 
Рассматривается четыре типа переключателей: 
o
1-1связывает пару функциональных устройств; 
o
n-n - реализует попарную связь каждого устройства из одного 
множества с соответствующим ему устройством из другого 
множества; 
o
1-n - соединяет одно выделенное устройство со всеми 
функциональными устройствами из некоторого набора; 
o
n*n - каждое функциональное устройство одного множества может 
быть связано с любым устройством из некоторого набора. 
Заметим, что приведенные в настоящем разделе типы классификаций 
претендуют на более высокий уровень формализации количественных оценок 
параллелизма и поэтому могут быть полезными при проведении исследований, 
связанных с применением моделей вычислительных систем достаточно 
высокого уровня абстрактности.