Классификация Кришнамарфи

лКлассификация Кришнамарфи

Е.Кришнамарфи для классификации параллельных вычислительных систем предлагает использовать четыре характеристики [19], очень похожие на характеристики классификации А.Базу:

1. степень гранулярности;
2. способ реализации параллелизма;
3. топология и природа связи процессоров;
4. способ управления процессорами.

Принцип построения классификации  очень прост. Для каждой степени  гранулярности будем рассматривать  все возможные способы реализации параллелизма. Для каждого полученного  таким образом варианта рассмотрим все комбинации топологии связи  и способов управления процессорами. В результате получим дерево (см. pисунок), в котором каждый ярус соответствует своей характеристике, каждый лист представляет отдельную группу компьютеров в данной классификации, а путь от вершины дерева однозначно определяет значения указанных выше характеристик. Разберем характеристики подробнее.

Первые два уровня практически  один к одному повторяют А.Базу, поэтому  останавливаться подробно на них  мы не будем. Третий уровень классификации, топология и природа связи  процессоров, тесно связан со вторым. Если был выбран аппаратный способ реализации параллелизма, то надо рассмотреть  топологию связи процессоров (матрица, линейный массив, тор, дерево, звезда и  т.п.) и степень связности процессоров  между собой (сильная, слабая или  средняя), которая определяется относительной  долей накладных расходов при  организации взаимодействия процессоров. В случае комбинированной реализации параллелизма, помимо топологии и  степени связности, надо дополнительно  учесть механизм взаимодействия процессоров: передача сообщений, разделяемые переменные или принцип dataflow (по готовности операндов).

Наконец, последний, четвертый  уровень - способ управления процессорами, определяет общий принцип функционирования всей совокупности процессоров вычислительной системы: синхронный, dataflow или асинхронный.

На основе выделенных четырех  характеристик нетрудно определить место наиболее известных классов  архитектур в данной систематике.

Векторно-конвейерные компьютеры:

• гранулярность - на уровне данных;
• реализация параллелизма - аппаратная;
• связь процессоров - простая топология со средней связностью;
• способ управления - синхронный.

Классические мультипроцессоры:

• гранулярность - на уровне задач
• реализация параллелизма - комбинированная;
• связь процессоров - простая топология со слабой связностью и использованием разделяемых переменных;
• способ управления - асинхронный.

Матрицы процессоров:

• гранулярность - на уровне данных;
• реализация параллелизма - аппаратная;
• связь процессоров - двумерные массивы с сильной связностью;
• способ управления - синхронный.

Систолические массивы:

• гранулярность - на уровне данных;
• реализация параллелизма - аппаратная;
• связь процессоров - сложная топология с сильной связностью;
• способ управления - синхронный.

Архитектура типа wavefront:

• гранулярность - на уровне данных;
• реализация параллелизма - аппаратная;
• связь процессоров - двумерная топология с сильной связностью;
• способ управления - dataflow.

Архитектура типа dataflow:

• гранулярность - на уровне команд;
• реализация параллелизма - комбинированная;
• связь процессоров - простая топология с сильной либо средней связностью и использованием принципа dataflow;
• способ управления - асинхронно-dataflow.

Несмотря на то, что классификация  Е. Кришнамарфи построена лишь на четырех признаках, она позволяет выделить и описать такие "нетрадиционные" параллельные системы, как систолические массивы, машины типа dataflow и wavefront. Однако эта же простота является и основной причиной ее недостатков: некоторые архитектуры нельзя однозначно отнести к тому или иному классу, например, компьютеры с архитектурой гиперкуба и ассоциативные процессоры. Для более точного описания таких машин потребуется ввести еще целый ряд характеристик, таких, как размещение задач по процессорам, способ маршрутизации сообщений, возможность реконфигурации, аппаратная поддержка языков программирования и другие. Вместе с тем ясно, что эти признаки формализовать гораздо труднее, поэтому есть опасность вместо ясности внести в описание лишь дополнительные трудности.

 

 

 

 

 

      Первых два уровня практически повторяют классификацию А. Базу. Третий

уровень классификации (топология  и природа связи процессоров) тесно связан со

 

 

вторым. Если был выбран аппаратный способ реализации параллелизма, то надо

рассмотреть топологию связи процессоров (матрица, линейный массив, тор, дерево,

звезда и т. п.) и степень связности  процессоров между собой (сильная, слабая или

средняя), которая определяется относительной долей накладных расходов при

организации взаимодействия процессоров. В случае комбинированной реализации

параллелизма, помимо топологии и  степени связности, надо дополнительно  учесть

механизм взаимодействия процессоров: передача сообщений, разделяемые пе-

ременные или принцип dataflow (по готовности операндов).

     Наконец, последний,  четвертый уровень — способ  управления процессорами,

определяет общий принцип функционирования всей совокупности процессоров

вычислительной системы: синхронный, dataflow или асинхронный.

     На основе выделенных  четырех характеристик нетрудно  определить место

наиболее известных классов  архитектур в данной систематике.

Векторно-конвейерные компьютеры:

   § гранулярность — на уровне данных;

   § реализация параллелизма — аппаратная;

   § связь процессоров — простая топология со средней связностью;

   § способ управления — синхронный.

Классические мультипроцессоры:

   § гранулярность — на уровне задач

   § реализация параллелизма — комбинированная;

   § связь   процессоров    —    простая   топология    со    слабой   связностью

и использованием разделяемых переменных;

   § способ управления — асинхронный.

Матричные процессоры:

   § гранулярность — на уровне данных;

   § реализация параллелизма — аппаратная;

   § связь процессоров — двухмерные массивы с сильной связностью;

   § способ управления — синхронный.

Систолические массивы:

   § гранулярность — на уровне данных;

   § реализация параллелизма — аппаратная;

 

 

   § связь процессоров — сложная топология с сильной связностью;

   § способ управления — синхронный.

Архитектура типа wavefront:

   § гранулярность — на уровне данных;

   § реализация параллелизма — аппаратная;

   § связь процессоров — двухмерная топология с сильной связностью;

   § способ управления — dataflow.

Архитектура типа dataflow:

   § гранулярность — на уровне команд;

   § реализация параллелизма — комбинированная;

   § связь процессоров — простая топология с сильной либо средней связностью и

использованием принципа dataflow;

   § способ управления — асинхронно-dataflow.

      Несмотря на то, что классификация Е. Кришнамарфи построена только на

четырех признаках, она позволяет  выделить и описать такие «нетрадиционные»

параллельные системы, как систолические  массивы, машины типа dataflow и

wavefront. Однако эта же простота является и основной причиной ее недостатков:

некоторые архитектуры нельзя однозначно отнести к тому или иному классу, напри-

мер, компьютеры с архитектурой гиперкуба  и ассоциативные процессоры. Для  более

точного описания таких машин потребуется  ввести еще целый ряд характеристик,

таких, как размещение задач по процессорам, способ маршрутизации  сообщений,

возможность реконфигурации, аппаратная поддержка языков программирования и

другие. Вместе с тем ясно, что  эти признаки формализовать гораздо  труднее, поэтому

есть опасность вместо ясности  внести в описание лишь дополнительные трудности.

      Классификация     Д.    Скилликорна.     Скилликорн   разработал    подход,

ориентированный как на описание свойств многопроцессорных систем, так и

некоторых нетрадиционных архитектур, в частности dataflow и reduction-машины.

      Предлагается рассматривать  архитектуру любого компьютера, как абстрактную

структуру, состоящую из четырех  компонент:

   § процессор команд (IP — Instruction Processor) — функциональное устройство,

работающее,             как         интерпретатор           команд;              в

системе, вообще говоря, может отсутствовать;

 

 

   § процессор      данных       (DP     —   Data     Processor)     —        функциональное

устройство,   работающее        как    преобразователь     данных,       в    соответствии    с

арифметическими операциями;

   § иерархия памяти (IM — Instruction Memory,                    DM — Data Memory) —

запоминающее             устройство,                   в           котором           хранятся

данные и команды, пересылаемые между процессорами;

   § переключатель — абстрактное устройство, обеспечивающее связь между

процессорами и памятью.

      Функции процессора  команд во многом схожи с  функциями устройств

управления последовательных машин  и, согласно Д. Скилликорну, сводятся к

следующим:

   § на    основе    своего      состояния    и     полученной      от       DP    информации

IP определяет адрес команды,  которая будет выполняться следующей;

   § осуществляет доступ к IM для выборки команды;

   § получает и декодирует выбранную команду;

   § сообщает DP команду, которую надо выполнить;

   § определяет адреса операндов и посылает их в DP;

   § получает       от      DP         информацию      о     результате            выполнения

команды.

      Функции     процессора      данных     делают    его   во     многом        похожим    на

арифметическое устройство традиционных процессоров:

   § DP получает от IP команду, которую надо выполнить;

   § получает от IP адреса операндов;

   § выбирает операнды из DM;

   § выполняет команду;

   § запоминает результат в DM;

   § возвращает      в     IP    информацию       о    состоянии         после     выполнения

команды.