สถาปัตยกรรมระบบและหน่วยความจำ

มีรูปแบบสถาปัตยกรรมระบบและหน่วยความจำที่แตกต่างกันซึ่งต้องพิจารณาในขณะออกแบบโปรแกรมหรือระบบพร้อมกัน มีความจำเป็นมากเนื่องจากรูปแบบระบบและหน่วยความจำหนึ่งอาจเหมาะกับงานหนึ่ง แต่อาจเกิดข้อผิดพลาดได้ง่ายกว่างานอื่น

สถาปัตยกรรมระบบคอมพิวเตอร์ที่รองรับการทำงานพร้อมกัน

Michael Flynn ในปีพ. ศ. 2515 ให้อนุกรมวิธานสำหรับการจัดประเภทสถาปัตยกรรมระบบคอมพิวเตอร์ในลักษณะต่างๆ อนุกรมวิธานนี้กำหนดรูปแบบที่แตกต่างกันสี่แบบดังนี้ -

  • สตรีมคำสั่งเดี่ยวสตรีมข้อมูลเดียว (SISD)
  • สตรีมคำสั่งเดียวสตรีมข้อมูลหลายรายการ (SIMD)
  • สตรีมคำสั่งหลายสตรีมข้อมูลเดียว (MISD)
  • สตรีมคำสั่งหลายสตรีมข้อมูลหลายรายการ (MIMD)

สตรีมคำสั่งเดี่ยวสตรีมข้อมูลเดียว (SISD)

ตามชื่อที่แนะนำระบบประเภทนี้จะมีสตรีมข้อมูลขาเข้าตามลำดับหนึ่งชุดและหน่วยประมวลผลเดียวเพื่อดำเนินการสตรีมข้อมูล มันเหมือนกับระบบยูนิโพรเซสเซอร์ที่มีสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบขนาน ต่อไปนี้เป็นสถาปัตยกรรมของ SISD -

ข้อดีของ SISD

ข้อดีของสถาปัตยกรรม SISD มีดังนี้ -

  • ต้องใช้พลังงานน้อยลง
  • ไม่มีปัญหาของโปรโตคอลการสื่อสารที่ซับซ้อนระหว่างหลายคอร์

ข้อเสียของ SISD

ข้อเสียของสถาปัตยกรรม SISD มีดังนี้ -

  • ความเร็วของสถาปัตยกรรม SISD ถูก จำกัด เช่นเดียวกับโปรเซสเซอร์ single-core
  • ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่

สตรีมคำสั่งเดียวสตรีมข้อมูลหลายรายการ (SIMD)

ตามชื่อที่แนะนำระบบประเภทนี้จะมีสตรีมข้อมูลขาเข้าจำนวนมากและจำนวนหน่วยประมวลผลที่สามารถดำเนินการกับคำสั่งเดียวในเวลาใดก็ได้ พวกเขาเหมือนกับระบบมัลติโปรเซสเซอร์ที่มีสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบขนาน ต่อไปนี้เป็นสถาปัตยกรรมของ SIMD -

ตัวอย่างที่ดีที่สุดสำหรับ SIMD คือกราฟิกการ์ด การ์ดเหล่านี้มีหน่วยประมวลผลเดี่ยวหลายร้อยหน่วย ถ้าเราพูดถึงความแตกต่างในการคำนวณระหว่าง SISD และ SIMD สำหรับอาร์เรย์การเพิ่ม[5, 15, 20] และ [15, 25, 10],สถาปัตยกรรม SISD จะต้องดำเนินการเพิ่มสามแบบ ในทางกลับกันด้วยสถาปัตยกรรม SIMD เราสามารถเพิ่มได้ในการดำเนินการเพิ่มเพียงครั้งเดียว

ข้อดีของ SIMD

ข้อดีของสถาปัตยกรรม SIMD มีดังนี้ -

  • การดำเนินการเดียวกันกับหลายองค์ประกอบสามารถทำได้โดยใช้คำสั่งเดียวเท่านั้น

  • ทรูพุตของระบบสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มจำนวนคอร์ของโปรเซสเซอร์

  • ความเร็วในการประมวลผลสูงกว่าสถาปัตยกรรม SISD

ข้อเสียของ SIMD

ข้อเสียของสถาปัตยกรรม SIMD มีดังนี้ -

  • มีการสื่อสารที่ซับซ้อนระหว่างจำนวนคอร์ของโปรเซสเซอร์
  • ต้นทุนสูงกว่าสถาปัตยกรรม SISD

สตรีมข้อมูลคำสั่งเดียว (MISD) หลายคำสั่ง

ระบบที่มีสตรีม MISD มีจำนวนหน่วยประมวลผลที่ดำเนินการต่างกันโดยดำเนินการตามคำสั่งที่แตกต่างกันในชุดข้อมูลเดียวกัน ต่อไปนี้เป็นสถาปัตยกรรมของ MISD -

ตัวแทนของสถาปัตยกรรม MISD ยังไม่มีในเชิงพาณิชย์

สตรีมคำสั่งหลายคำสั่งหลายข้อมูล (MIMD)

ในระบบที่ใช้สถาปัตยกรรม MIMD โปรเซสเซอร์แต่ละตัวในระบบมัลติโปรเซสเซอร์สามารถดำเนินการชุดคำสั่งที่แตกต่างกันได้อย่างอิสระบนชุดข้อมูลที่แตกต่างกันแบบขนาน ตรงข้ามกับสถาปัตยกรรม SIMD ซึ่งมีการดำเนินการเดียวกับชุดข้อมูลหลายชุด ต่อไปนี้เป็นสถาปัตยกรรมของ MIMD -

มัลติโปรเซสเซอร์ปกติใช้สถาปัตยกรรม MIMD โดยพื้นฐานแล้วสถาปัตยกรรมเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในหลาย ๆ แอปพลิเคชันเช่นการออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย / การผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยจำลองการสร้างแบบจำลองสวิตช์การสื่อสารเป็นต้น

สถาปัตยกรรมหน่วยความจำที่รองรับการทำงานพร้อมกัน

ในขณะที่ทำงานกับแนวคิดเช่นการทำงานพร้อมกันและแบบคู่ขนานมีความจำเป็นที่จะต้องเร่งความเร็วโปรแกรมอยู่เสมอ โซลูชันหนึ่งที่พบโดยนักออกแบบคอมพิวเตอร์คือการสร้างคอมพิวเตอร์หลายหน่วยความจำแบบแบ่งใช้กล่าวคือคอมพิวเตอร์ที่มีพื้นที่แอดเดรสทางกายภาพเดียวซึ่งเข้าถึงได้โดยคอร์ทั้งหมดที่โปรเซสเซอร์มีอยู่ ในสถานการณ์นี้อาจมีรูปแบบสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันจำนวนมาก แต่รูปแบบสถาปัตยกรรมที่สำคัญสามรูปแบบมีดังต่อไปนี้ -

UMA (การเข้าถึงหน่วยความจำแบบสม่ำเสมอ)

ในรุ่นนี้โปรเซสเซอร์ทั้งหมดใช้หน่วยความจำฟิสิคัลเหมือนกัน โปรเซสเซอร์ทั้งหมดมีเวลาในการเข้าถึงคำหน่วยความจำทั้งหมดเท่ากัน โปรเซสเซอร์แต่ละตัวอาจมีหน่วยความจำแคชส่วนตัว อุปกรณ์ต่อพ่วงเป็นไปตามกฎชุดหนึ่ง

เมื่อโปรเซสเซอร์ทั้งหมดสามารถเข้าถึงอุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งหมดได้อย่างเท่าเทียมกันระบบจะเรียกว่าไฟล์ symmetric multiprocessor. เมื่อโปรเซสเซอร์เพียงตัวเดียวหรือสองสามตัวสามารถเข้าถึงอุปกรณ์ต่อพ่วงได้ระบบจะเรียกว่าไฟล์asymmetric multiprocessor.

การเข้าถึงหน่วยความจำแบบไม่สม่ำเสมอ (NUMA)

ในรุ่นมัลติโปรเซสเซอร์ NUMA เวลาในการเข้าถึงจะแตกต่างกันไปตามตำแหน่งของคำหน่วยความจำ ที่นี่หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันจะถูกกระจายทางกายภาพระหว่างโปรเซสเซอร์ทั้งหมดที่เรียกว่าความทรงจำในเครื่อง คอลเลกชันของความทรงจำในเครื่องทั้งหมดจะสร้างพื้นที่แอดเดรสส่วนกลางซึ่งโปรเซสเซอร์ทั้งหมดสามารถเข้าถึงได้

สถาปัตยกรรมหน่วยความจำแคชเท่านั้น (COMA)

รุ่น COMA เป็นรุ่นพิเศษของรุ่น NUMA ที่นี่ความทรงจำหลักที่แจกจ่ายทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นความทรงจำแคช