Новосибирский государственный университет

Факультет информационных технологий

Словарь терминов в коллекции "Вычислительные системы"

Классификация Кришнамарфи

Классификация Кришнамарфи: четыре качественные характеристики параллелизма (уровень параллелизма, способ реализации алгоритма, топология и природа связи процессоров, способ управления процессорами).

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

степень гранулярности;
способ реализации параллелизма;
топология и природа связи процессоров;
способ управления процессорами.

Принцип построения классификации очень прост. Для каждой степени гранулярности рассматриваются все возможные способы реализации параллелизма. Для каждого полученного таким образом варианта рассматриваются все комбинации топологии связи и способов управления процессорами. В результате получается дерево (см. дополнительно файл .pdf), 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.

Первые два уровня практически один к одному повторяют 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 переменные или принцип dataflow (по готовности операндов).
Наконец, последний, четвертый уровень - способ управления процессорами, определяет общий принцип функционирования всей совокупности процессоров ВС: 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 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.

Литература

Krishnamurthy E.V. Parallel Processing: Principles and Practice. - Addison-Wesley Pub. Company, 1989. - P. 208-246.

http://parallel.ru/computers/taxonomy

Воеводин Вл.В. Методы описания и классификации архитектур вычислительных систем / Вл.В. Воеводин, А.П. Капитонова. - М.:Издательство МГУ, 1994.

См. дополнительно: Классификация Кришнамарфи

Литература

Дополнительная:

Воеводин Вл.В. Методы описания и классификации архитектур вычислительных систем / Вл.В. Воеводин, А.П. Капитонова. - М.:Издательство МГУ, 1994. - 79 с. - ISBN 5-211-03355-8.

Ключевые термины: архитектура вычислительной машины; процессор; уровни параллелизма; классификация базу;

|Список основных тем курса|

Федотова Ольга

НГУ
ФИТ НГУ
ИВТ СО РАН

© 2012-2024, Новосибирский государственный университет, Новосибирск
© 2004-2024, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 2004-2024, Федотов А.М.
Дата последней модификации: 13.08.2013