Параллелизм процессов. Матричный компьютер. Векторный компьютер. Мультипроцессоры. Общая и индивидуальная память. Мультикомпьютеры.

Параллелизм процессов

Спрос на компьютеры, работающие с все более и более высокой скоростью, не прекращается. Быстродействие процессоров растет, но у них постоянно возникают проблемы со скоростью передачи информации, поскольку скорость распространения электромагнитных волн в медных проводах и света в оптико-волоконных кабелях по-прежнему остается равной 20 см/нс. Кроме того, чем быстрее работает процессор, тем сильнее он нагревается, поэтому возникает задача защиты его от перегрева. Параллелизм на уровне команд в определенной степени помогает, но конвейеры и суперскалярная архитектура обычно повышают скорость работы всего лишь в 5-10 раз. Чтобы увеличить производительность в 50, 100 и более раз, нужно создавать компьютеры с несколькими процессорами.

Матричный компьютер

Матричный процессор (array processor) состоит из большого числа сходных процессоров, которые выполняют одну и ту же последовательность команд применительно к разным наборам данных. Первым в мире таким процессором был ILLIAC IV (Университет Иллинойс).

Векторный компьютер

Векторные компьютеры манипулируют массивами сходных данных подобно тому, как скалярные машины обрабатывают отдельные элементы таких массивов. Это делается за счет использования специально сконструированных векторных центральных процессоров

Векторный процессор — это процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных — векторы. Отличается от скалярных процессоров, которые могут работать только с одним операндом в единицу времени.

Мультипроцессоры

Элементы матричного процессора связаны между собой, поскольку их работу контролирует единый блок управления. Система из нескольких параллельных процессоров, имеющих общую память, называется мультипроцессором.

Общая и индивидуальная память

Нетрудно понять, что при наличии большого числа быстродействующих процессоров, которые постоянно пытаются получить доступ к памяти через одну и ту же шину, будут возникать конфликты. Чтобы разрешить эту проблему и повысить производительность компьютера, разработаны различные схемы. В самой типовой из них в компьютере каждый процессор имеет собственную локальную память, недоступную для других процессоров. Эта память используется для тех программ и данных, которые не нужно разделять между несколькими процессорами. При доступе к локальной памяти основная шина не используется, и, таким образом, объем передаваемой по ней информации становится меньше. Возможны и другие варианты решения проблемы (например, кэш-память).
Мультикомпьютеры - системы без общей памяти, состоящие из большого числа взаимосвязанных компьютеров, у каждого из которых имеется собственная память. В них процессоры являются слабо связанными, в противоположность сильно связанным процессорам в мультипроцессорных системах.