Informatyka - studia - 
Akademia Morska w Szczecinie
http://www.informatyka.am.szczecin.pl

Prof. zw. dr hab. inż. Evgeny Ochin
Wybrane problemy informatyki i sieci komputerowych
Architektura Komputerów

• Pierwszy w Świecie mechaniczny komputer uniwersalny Charles'a Babbage'a, 1792-1871
• Abstrakcyjna maszyna Post’a, 1936
• Abstrakcyjna maszyna Turing’a, 1936
• Pierwszy w Świecie elektro-mechaniczny komputer uniwersalny (Konrad Zuse): Z1 (1938), Z2 (1940), Z3 — 3-4 dodawania/s (1941), Z4 (1945)
• Pierwszy w Świecie algorytmiczny język programowania Plankalkuel (od plan calculus, Konrad Zuse, 1945-46)
• Koncepcja programu zapisywanego John'a von Neumann'a do komputera elektronicznego EDVAC
• Pierwszy w Świecie komputer elektroniczny ENIAC-1 (John Presper Eckert i John W. Mauchly, University of Pennsylvania), 1946
• Pierwsza seria produkcyjna komputera z zapisywaniem programem IBM 701 EDPM, 1952

Taksonomia Flynna

		Liczba strumieni danych
		1	N
Liczba strumieni instrukcji	1	SISD Single Instruction stream Single Data stream (Np uniprocesor von Neumanna)	SIMD Single Instruction stream Multiple Data stream (Np procesor wektorowy)
	N	MISD Multiple Instruction stream Single Data stream (Np wieloprocesor von Neumanna: przez kanał komunikacji pomiędzy procesorami)	MIMD Multiple Instruction stream Multiple Data stream (Np wieloprocesor von Neumanna: przez wzajemny dostęp do hierarchii pamięci)

SISD

  

Taksonomia Flynna
УУ	Sprzęt Sterowania
ПР	Procesor
ПД	Pamięć danych

 

SISD (single instruction stream / single data stream) - одиночный поток команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся, прежде всего, классические последовательные машины, или иначе, машины фон-неймановского типа, например, PDP-11 или VAX 11/780. В таких машинах есть только один поток команд, все команды обрабатываются последовательно друг за другом и каждая команда инициирует одну операцию с одним потоком данных. Не имеет значения тот факт, что для увеличения скорости обработки команд и скорости выполнения арифметических операций может применяться конвейерная обработка - как машина CDC 6600 со скалярными функциональными устройствами, так и CDC 7600 с конвейерными попадают в этот класс.

SIMD

SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - одиночный поток команд и множественный поток данных. В архитектурах подобного рода сохраняется один поток команд, включающий, в отличие от предыдущего класса, векторные команды. Это позволяет выполнять одну арифметическую операцию сразу над многими данными - элементами вектора. Способ выполнения векторных операций не оговаривается, поэтому обработка элементов вектора может производится либо процессорной матрицей, как в ILLIAC IV, либо с помощью конвейера, как, например, в машине CRAY-1.

MISD

MISD (multiple instruction stream / single data stream) - множественный поток команд и одиночный поток данных. Определение подразумевает наличие в архитектуре многих процессоров, обрабатывающих один и тот же поток данных. Однако ни Флинн, ни другие специалисты в области архитектуры компьютеров до сих пор не смогли представить убедительный пример реально существующей вычислительной системы, построенной на данном принципе. Ряд исследователей [3,4,5] относят конвейерные машины к данному классу, однако это не нашло окончательного признания в научном сообществе. Будем считать, что пока данный класс пуст.

MIMD

MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) - множественный поток команд и множественный поток данных. Этот класс предполагает, что в вычислительной системе есть несколько устройств обработки команд, объединенных в единый комплекс и работающих каждое со своим потоком команд и данных.

Дополнения Ванга и Бриггса к классификации Флинна

К.Ванг и Ф.Бриггс [15] сделали некоторые дополнения к классификации Флинна. Оставляя четыре ранее введенных базовых класса (SISD, SIMD, MISD, MIMD), они внесли следующие изменения.

Класс SISD разбивается на два подкласса:

• архитектуры с единственным функциональным устройством, например, PDP-11;
• архитектуры, имеющие в своем составе несколько функциональных устройств - CDC 6600, CRAY-1, FPS AP-120B, CDC Cyber 205, FACOM VP-200.

В класс SIMD также вводится два подкласса:

• архитектуры с пословно-последовательной обработкой информации - ILLIAC IV, PEPE, BSP;
• архитектуры с разрядно-последовательной обработкой - STARAN, ICL DAP.

В классе MIMD авторы различают

• вычислительные системы со слабой связью между процессорами, к которым они относят все системы с распределенной памятью, например, Cosmic Cube,
• и вычислительные системы с сильной связью (системы с общей памятью), куда попадают такие компьютеры, как C.mmp, BBN Butterfly, CRAY Y-MP, Denelcor HEP.

Taksonomia Skillicorna, 1989

• FORTRAN (IBM, John W. Backus, 1954)
• Algol-58 (1958)
• Pierwszy komputer na tranzystorach, CDC 1604 (Seymour Cray, 1958)
• Basic (Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code, 1964)
• Pierwsza LAN (Lawrence Livermore Labs, 1964)
• Prawo o podwojeniu złożoności układów cyfrowych co 18 miesiące (Gordon Moore, 1964)
• Korporacja INTEL (INTegrated ELectronics, 1968, Założycieli INTEL — Robert Noyce i Gordon Moore zostawili Fairchild Semiconductors)
• Korporacja AMD (Advanced Micro Devices Incorporated, 1969, Założycieli AMD — Jerry Sanders oraz siedem innych zawodowców zostawili Fairchild Semiconductors)
• Systemy Autowon i Autodyne — przeciwobraz Internetu (1966-1969)
• Pod egidą ARPA (Agencja badań projektów perspektywicznych Departament Obrony USA, 1957) zacięło się opracowanie i wdrażanie globalnej wojskowej sieci komputerowej ARPAnet, łączącej laboratoria badawcze na terenie Stanów Zjednoczonych (1969)
• Język Java, SUN Microsystems (1995)
• «The Anatomy of a Large-Scale Hypertextual Web Search Engine», Sergey Brin i Larry Page opisali główne idei nowej metody poszukiwania informacji w Internecie (1996)
• Google.com, 14 września 1997
• «400 najbogatszych amerykańców», Forbes, (20.09.2007), Sergey Brin — №5, $18,5 mld, 34 lata, Larry Page — №5, $18,5 mld, 34 lata, Eric Schmidt — №48, $ 6.5 mld, 52 lata

Literature

1. Flynn M. Very high-speed computing system // Proc. IEEE. 1966. N 54. P.1901-1909.
2. Flynn M. Some Computer Organisations and Their Effectiveness // IEEE Trans. Computers. 1972. V.21. N 9. P.948-960
3. Higbie L. C. Supercomputer architecture // Computer. 1973. V.6. N 12. P.48-56.
4. Handler W. On classification schemes for computer systems in the post Von Neumann era // Lecture Notes in Computer Science. 1975.
5. Thurber K. J. Large Scale Computer Architecture / Hayden Book Company, Rochelle Park, New Jersey, 1976.
6. Skillicorn D. A Taxonomy for Computer Architectures // Computer. 1988. V.21. N 11. P.46-57.
7. Dasgupta S. A Hierarchical Taxonomic System for Computer // 1990. V.23. N 3. P.64-74.
8. Feng T. Some Characteristics of Assotiative Parallel Processing // Proc. 1972 Sagamore Computing Conf. 1972. P.5-16.
9. Shore J.E. Second Thoughts on Parallel Processing // Comput. Elect. Eng. N 1. P.95-109.
10. Хокни Р., Джессхоуп К. Параллельные ЭВМ. Архитектура, программирование и алгоритмы. М.: Радио и связь. 1986. 392 С.
11. Handler W. The Impact Classification Schemes on Computer Architecture // Proc. Int'l Conf. on Parallel Processing. 1977. P.7-15.
12. Giloi W. K. Towards a Taxonomy of Computer Architecture Based on the Machine Data Type View // Proc. of 10th Ann. Int'l Symp. Computer Architecture. 1983. P.6-17.
13. Hockney R. Parallel Computers: Architecture and Performance // Proc. of Int. Conf. Parallel Computing'85. 1986. P.33-69.
14. Hockney R. Classification and Evaluation of ParallelComputer Systems // Lecture Notes in Computer Science. 1987. N 295. P.13-25.
15. Hwang K., Briggs F.A. Computer Architecture and Parallel Processing. 1984. P.32-40.
16. Snyder L. A Taxonomy of Synchronous Parallel Machines. University Park. Penn. 1988. P.281-289.
17. Johnson E. E.Completing an MIMD Multiprocessor Taxonomy // Computer Architecture News. 1988. V. 16. N 2. P.44-48.
18. Basu A. Parallel Processing Systems: a Nomenclature based on their Characteristics // Proc. IEE(UK). N 134. 1987. P.143-147.
19. Krishnamurthy E.V. Parallel Processing Principles and Practice. Addison-Wesley Pub. Company. 1989. P.208-246.
20. Duncan R. A survey of parallel computer architectures // Computer. V.23. N 2. 1990. P.5-16.
21. Algorithms and Applications on Vector and Parallel Computers. Ed. by H.J.Te Ricle, Fh.I.Dekker and H.A.Van der Vorst. Elsevier Science Publishers B.V. 1987. P.1-20.
22. Dasgupta S. Computer Architecture: A Modern Synthesis. V.2: Advanced Topics. 1989.
23. Handler W. Standarts, Classification and Taxonomy: Experiences with ECS // Workshop on Taxonomy in Computer Architecture. 1981. P.39-75.
24. Hockney R., Jesshope K. Parallel Computers 2: Architecture, Programming and Algorithms. Philadelphia, Hilger. 1988.
25. Jouppi N.P. Superscalar vs. Superpipelined Machines // Computer Architecture News. V.16. N 2. P.71-81.
26. Kavi K., Gragon H. A Conceptual Framework for the Description and Classification of Computer Architecture // Proc. IEEE Int'l Workshop Computer Systems Organization. 1983. N 464. P.10-19.
27. Kung H.T. Why Systolic architectures? // IEEE Computer. 1982. N 15. P.37-46.
28. Reddi S.S., Ferstel E.A. A Conceptual Framework for Computer Architecture // Computing Surveys. 1976. V.8. N 2. P.277-300.
29. Schwartz J. A Taxonomic Table of Parallel Computers, Based on 55 Designs. Courant Institute, NYU, New York. 1983.
30. Schwartz J. Ultracomputers // ACM Trans. Prog. Lang. and Syst. 1980. N 2. P.484-521.
31. Siewiorek D., Bell C.G., Newell A. Principles of Computer Structure. McGraw-Hill. 1980.
32. Бэбб Р., Мак-Гроу Дж. и др. Программирование на параллельных вычислительных системах. М.: Мир. 1991. 376 С.
33. Головкин Б.А. Параллельные вычислительные системы. М.: Наука. 1980. 520 С.
34. Высокоскоростные вычисления. Архитектура, производительность, прикладные алгоритмы и программы Супер ЭВМ /Под ред. Ковалика Я.- М.: Радио и связь. 1988. 432 С.
35. Валях Е. Последовательно-параллельные вычисления. М.: Мир. 1985. 456 С.
36. Супер ЭВМ. Аппаратная и программная организация. /Под ред. Фернбаха C.- М.: Радио и связь. 1991. 320 С.
37. Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике т. 77. N 12. 1989.