3.2. Магістрально-модульний принцип побудови ПК
Комп'ютер – це багатофункціональний електронний автоматичний пристрій для накопичення, обробки та передачі інформації.
У 1946-1948 роках у Прінстонському університеті (США) колектив дослідників під керівництвом Джона фон Неймана розробив проект ЕОМ, який ніколи не був реалізований, але ідеї цього використовуються і донині. Цей проект отримав назву машини фон Неймана, або Прінстонської машини. До його складу входили схема (розглядається нижче) та принципи функціонування обчислювальної машини:
1) Принцип програмного управління: робота ЕОМ регламентується програмою, що дозволяє, запроваджуючи різні програми, вирішувати різні завдання. Команди, у тому числі складається програма, інтерпретуються спеціально введеним у схему пристроєм – пристроєм управління. Структура окремої команди має вигляд:
, де визначає, яка операція має виконуватися,
– список (можливо, одноелементний) тих констант, адрес або імен змінних, над якими виконується дана операція.
Залежно від числа операндів розрізняють одно-, дво- та триадресні машинні команди. Кожна команда має певний обсяг, що вимірюється байтами.
Цей принцип був найпрогресивнішим серед включених до проекту, оскільки забезпечував універсальність ЕОМ. Відповідно до принципу програмного управління будь-яка ЕОМ - це сукупність апаратної (технічної) та програмної частин;
2) Принцип умовного переходу: команди із програми який завжди виконуються одна одною.Можлива присутність у програмі команд умовного переходу, які змінюють послідовне виконання команд, залежно від значень даних;
3) Принцип розміщення програми у пам'яті: програма, необхідна роботи ЕОМ, попередньо розміщується у пам'яті комп'ютера, а чи не вводиться команда за командой;
4) Принцип ієрархії пам'яті: пам'ять ЕОМ неоднорідна. Для даних, що часто використовуються, виділяється пам'ять меншого обсягу, але більшої швидкодії; для даних, що рідко використовуються, виділяється пам'ять більшого обсягу, але меншої швидкодії;
5) принцип двійкової системи числення: для внутрішнього представлення даних та програм у пам'яті ЕОМ застосовується двійкова система числення, яку можна простіше реалізувати технічно.
Малюнок 3.1. Схема Прінстонської машини
Розглянемо призначення окремих елементів цієї схеми та його взаємозв'язок у процесі функціонування ЕОМ.
Через пристрій введення (УВв) у пам'ять (П) вводиться програма – набір команд, які наказують ЕОМ виконувати необхідні дії (на схемі зв'язок 1). При введенні програми (а потім і даних) виконується відображення інформації, що вводиться у внутрішнє уявлення, прийняте в ЕОМ.
Після розміщення програми у пам'яті пристрій управління (УУ) вибирає послідовно команду за командою з пам'яті (зв'язок 2) та інтерпретує її за такими правилами:
• якщо обрана команда є командою введення даних, УУ посилає керуючий сигнал (зв'язок 3) в ПВ для початку введення даних. Дані також вводяться по 1 зв'язку і розміщуються в пам'яті П;
• якщо обрана команда пов'язана з виконанням арифметичних або логічних операцій, то в пам'ять П з УУ посилається сигнал (зв'язок 4) на вибірку вказаних у команді даних з подальшим їх пересиланням в арифметико-логічний пристрій (АЛУ) (зв'язок 5), а саме АЛУ передається сигнал із кодом потрібної операції (зв'язок 7). АЛУ виконує арифметичні та логічні дії над переданими операндами. Після виконання необхідних дій, АЛУ повертає результат на згадку про П (зв'язок 6);
• якщо вибрана команда є командою виведення, УУ генерує керуючий сигнал пристрою виведення (УВив) (зв'язок 8) на початок операції з виведення даних. Самі дані вибираються з пам'яті П зв'язку 9.
УВив виводить інформацію з ЕОМ і перетворює її з внутрішнього подання на зовнішнє.
Відповідно до принципу ієрархії пам'яті блок Пам'ять на рис. 3.1 ділиться на два блоки – зовнішня та внутрішня пам'ять. Зовнішня пам'ять зазвичай відводиться для довгострокового зберігання даних і програм, а сама оперативна обробка даних відповідно до програми, як це було розглянуто вище, виконується у внутрішній пам'яті.
У сучасних комп'ютерах блоки УУ та АЛУ об'єднані у блок, званий процесором. До складу процесора, крім зазначених блоків, входять також кілька регістрів – спеціальних невеликих областей пам'яті, куди процесор поміщає проміжні результати та іншу інформацію, необхідну йому у найближчі такти роботи.
p align="justify"> Під архітектурою комп'ютера розуміються його логічна організація, структура, ресурси, тобто засоби обчислювальної системи, які можуть бути виділені процесу обробки даних на певний інтервал часу.В основу архітектури сучасних персональних комп'ютерів покладено магістрально-модульний принцип (рис. 3.2).
Малюнок 3.2. Магістрально-модульний принцип будови ЕОМ
Магістраль (системна шина) – це набір електронних ліній, що зв'язують центральний процесор, основну пам'ять та периферійні пристрої воєдино щодо передачі даних, службових сигналів та адресації пам'яті. Завдяки модульному принципу побудови споживач сам може комплектувати комп'ютер потрібної йому конфігурації та виробляти за необхідності її модернізацію.
p align="justify"> Модульна організація системи спирається на магістральний (шинний) принцип обміну інформацією. Процесор виконує арифметичні та логічні операції, взаємодіє з пам'яттю, керує та узгоджує роботу периферійних пристроїв.
Обмін інформацією між окремими пристроями комп'ютера проводиться утворюючим магістраль трьом багаторозрядним шинам (многопроводным лініям зв'язку), що з'єднує все модулі, – шині даних, шині адрес, шині управління. Розрядність шини визначається кількістю біт інформації, що передаються шиною паралельно.
Магістраль включає три багаторозрядні шини: шину даних, шину адреси і шину управління.
Шина даних. По цій шині дані передаються між різними пристроями. Розрядність шини даних визначається розрядністю процесора, т. е. кількістю двійкових розрядів, які обробляє процесор за один такт. За 25 років, що минули з часу створення першого персонального комп'ютера (1975), розрядність шини даних збільшилася з 8 до 64 біт. До основних режимів роботи процесора з використанням шини передачі можна віднести:
• запис/читання даних з оперативної пам'яті (оперативний пристрій - ОЗУ);
• запис/читання даних із зовнішніх пристроїв (ВЗП);
• читання даних із пристроїв введення;
• пересилання даних на пристрої виводу.
Шина адреси. Кожен осередок оперативної пам'яті має свою адресу. Адреса передається адресною шиною. Розрядність шини адреси визначає адресний простір процесора. е. кількість осередків оперативної пам'яті, які можуть мати унікальні адреси. Кількість адресованих осередків пам'яті можна розрахувати за такою формулою:
N = 2m, де N – розрядність адресної шини.
У перших персональних комп'ютерах розрядність шини адреси становила 16 біт, а кількість осередків пам'яті, що адресуються - N = 216 = 65 536.
У сучасних персональних комп'ютерах розрядність шини адреси становить 32 біти, а максимально можлива кількість адресованих осередків пам'яті дорівнює: N = 232 = 4294967296. пам'яті. Код адреси передається по адресній шині, причому сигнали по ній передаються в одному напрямку від процесора до пристроїв (односпрямована шина).
Шина керування. По шині управління передаються сигнали, що визначають характер обміну інформацією магістралі. Сигнали управління визначають, яку операцію - зчитування або запис інформації з пам'яті - потрібно проводити синхронізують обмін інформацією між пристроями і т.д. буд.
Класифікації електронно-обчислювальних машин
За призначенням виділяють такі види комп'ютерів:
а) універсальні – призначені на вирішення різних завдань, типи яких обумовлюються. Ці ЕОМ характеризуються:
• різноманітністю форм оброблюваних даних (числових, символьних тощо) при великому діапазоні їх зміни та високої точності подання;
• велику ємність внутрішньої пам'яті;
• розвиненою системою організації введення-виведення інформації, що забезпечує підключення різноманітних пристроїв введення-виведення.
б) проблемно-ориентированные – служать на вирішення більш вузького кола завдань, пов'язаних, зазвичай, з управлінням технологічними об'єктами, реєстрацією, накопиченням і обробкою невеликих обсягів даних, виконанням розрахунків за нескладними правилами. Вони мають обмежений набір апаратних і програмних засобів.
в) спеціалізовані – застосовуються на вирішення дуже вузького кола завдань. Це дозволяє спеціалізувати їхню структуру, знизити вартість і складність при збереженні високої продуктивності та надійності. До цього класу ЕОМ відносяться комп'ютери, що управляють роботою пристроїв введення-виведення та зовнішньої пам'яттю в сучасних комп'ютерах. Такі пристрої називаються адаптерами або контролерами.
За розмірами та функціональним можливостям розрізняють чотири види комп'ютерів: суперЕОМ, великі, малі та мікроЕОМ.
СуперЕОМ є потужними багатопроцесорними комп'ютерами з великим швидкодією. Багатопроцесорність дозволяє розпаралелювати рішення задач і збільшує обсяги пам'яті, що значно прискорює процес розв'язання. Вони часто використовуються для вирішення експериментальних завдань, наприклад для проведення шахових турнірів з людиною.
Великі ЕОМ (їх називають мейнфреймами від англ. mainframe) характеризуються розрахованим на багато користувачів режимом (до 1000 користувачів одночасно можуть вирішувати свої завдання). Основний напрямок – вирішення науково-технічних завдань, робота з великими обсягами даних, управління комп'ютерними мережами та їх ресурсами.
Малі ЕОМ застосовуються як управляючі комп'ютери контролю над технологічними процесами.Застосовуються також для обчислень у розрахованих на багато користувачів системах, в системах автоматизації проектування, в системах моделювання нескладних об'єктів, в системах штучного інтелекту.
За призначенням мікроЕОМ можуть бути універсальними та спеціалізованими. За кількістю користувачів, що одночасно працюють за комп'ютером - багато-і однокористувацькі. Спеціалізовані розраховані на багато користувачів мікроЕОМ (сервери – від англ. server) є потужними комп'ютерами, що використовуються в комп'ютерних мережах для обробки запитів всіх комп'ютерів мережі. Спеціалізовані однокористувацькі (робочі станції - workstation, англ.) Експлуатуються в комп'ютерних мережах для виконання прикладних завдань. Універсальні розраховані на багато користувачів мікроЕОМ є потужними комп'ютерами, обладнаними кількома терміналами. Універсальні однокористувацькі мікроЕОМ загальнодоступні. До них належать персональні комп'ютери – ПК. Найпопулярнішим представником ПК нашій країні є комп'ютер класу IBM PC (International Business Machines – Personal Computer).
За конструктивними особливостями ПК діляться на стаціонарні (настільні – тип DeskTop) та переносні.
Малюнок 3.3. Класифікація персональних комп'ютерів за конструктивними особливостями
Переносні комп'ютери зазвичай потрібні керівникам підприємств, менеджерам, науковцям, журналістам, яким доводиться працювати поза офісом – удома, на презентаціях чи під час відряджень.
Notebook (блокнот, записник) за розмірами ближче до книги великого формату. Має вагу близько 3 кг. Поміщається у портфель-дипломат. Для зв'язку з офісом його зазвичай комплектують модемом. Ноутбуки часто постачають приводами CD-ROM.
Багато сучасних ноутбуків включають взаємозамінні блоки зі стандартними роз'ємами. Такі модулі призначені для різних функцій. В одне і те ж гніздо можна в разі потреби вставляти привід компакт-дисків, накопичувач на магнітних дисках, запасну батарею або знімний вінчестер. Ноутбук стійкий до збоїв у енергоживленні. Навіть якщо він отримує енергію від звичайної електромережі, у разі якогось збою він миттєво переходить на живлення від акумуляторів.
Palmtop (надолонник) - найменші сучасні персональні комп'ютери. Вміщуються на долоні. Магнітні диски замінює енергонезалежна електронна пам'ять. Немає і накопичувачів на дисках - обмін інформацією зі звичайними комп'ютерами йде лініями зв'язку. Якщо Palmtop доповнити набором ділових програм, записаних на його постійну пам'ять, вийде персональний цифровий помічник (Personal Digital Assistant).
Цей текст є ознайомлювальним фрагментом.
Продовження на Літрес
Читайте також
9.5. Приклад побудови діаграми кооперації
9.5. Приклад побудови діаграми кооперації Як приклад розглянемо побудову діаграми кооперації для моделювання процесу телефонної розмови з використанням звичайної телефонної мережі (див. розділ ф. Нагадаємо, що об'єктами у цьому прикладі є два
§ 76. Два головні принципи побудови інтерфейсів
§ 76. Два головні принципи побудови інтерфейсів 21 грудня 2001 р. За своїм управлінням мікросистема Radiotehnika R-100 принципово відрізняється від усіх музичних систем, представлених сьогодні на ринку. У Студії Лебедєва придумано концепцію з двома ідентичними пультами, кожен
Управління точністю побудови об'єктів
Управління точністю побудови об'єктів На вкладці побудов Drafting діалогового вікна Options показаної на рис. 3.10 можна зробити наступні призначення. Мал. 3.10. Діалогове вікно управління точністю побудови об'єктів • В області AutoSnap Settings призначаються такі
1.2.1. Принципи побудови моделі IDEF0
1.2.1. Принципи побудови моделі IDEF0 На початкових етапах створення інформаційної системи необхідно зрозуміти, як працює організація, яку планують автоматизувати. Для опису роботи підприємства потрібно побудувати модель. Така модель має бути адекватною
Управління точністю побудови об'єктів
Управління точністю побудови об'єктів На вкладці побудов Drafting діалогового вікна Options показаної на рис. 3.19, можна зробити такі призначення. Мал. 3.19. Діалогове вікно управління точністю побудови об'єктів • В області AutoSnap Settings призначаються такі параметри
1.2.1. Принципи побудови моделі IDEF0
1.2.1. Принципи побудови моделі IDEF0 На початкових етапах створення ІВ необхідно зрозуміти, як працює організація, яку планують автоматизувати. Ніхто в організації не знає, як вона працює тією мірою подробиці, яка необхідна для створення ІВ. Керівник
Глава 6 Точність побудови об'єктів
Розділ 6 Точність побудови об'єктів Об'єктна прив'язка координат Об'єктна прив'язка – найшвидший спосіб точно вказати точку на об'єкті, не обов'язково знаючи її координати, а також побудувати допоміжні лінії. Наприклад, об'єктна прив'язка дозволяє побудувати
Варіанти побудови розрізів
Варіанти побудови розрізів Побудова розрізу з обмеженою глибиноюДля побудови розрізу з обмеженою глибиною необхідно вибрати один із способів: • встановити перемикач Horizontal Range (Глибина розрізу), розташований в області General (Загальні налаштування) вікна
Для кого Google будує модульний смартфон? І чи залишиться Ara лише смартфоном? Євген Золотов
Для кого Google будує модульний смартфон? І чи залишиться Ara лише смартфоном? Євген Золотов Опубліковано 04 березня 2014 Кіберочки Glass вважаються найочікуванішим продуктом компанії Google, але зовсім не факт, що вони збережуть цей почесний титул, коли
Модульний рюкзак-трансформер для сучасного городянина Микола Маслухін
Компанія каліфорнійських промислових дизайнерів створила модульний рюкзак-трансформер для сучасного городянина під назвою Ember Equipment.
Принципи побудови Fidonet
Принципи побудови Fidonet У побудові системи для обміну інформацією, будь вона в паперовій, електронній чи будь-якій іншій формі, існує два різні підходи. Припустимо, необхідно забезпечити суспільству людей можливість обмінюватися інформацією за допомогою
Навчально-методичний комплекс
Базові ставлення до архітектурі ЕОМ. Принципи Неймана фону. Найпростіші типи архітектур. Принцип відкритої архітектури. Магістрально-модульний принцип організації ЕОМ. Класифікація паралельних комп'ютерів. Класифікація архітектур обчислювальних систем: класична архітектура, класифікація Флін.
Архітектурою комп'ютера вважається його представлення на певному загальному рівні, що включає опис можливостей програмування, системи команд, системи адресації, організації пам'яті і т. д. Архітектура визначає принципи дії, інформаційні зв'язки та взаємне з'єднання основних пристроїв комп'ютера: процесора, основної пам'яті (ОП) , зовнішніх пристроїв (ВЗУ) і периферійних пристроїв (ПУ) Сукупність процесора та основної пам'яті називають центральним пристроєм (ЦП) комп'ютера. Спільність архітектури різних комп'ютерів забезпечує їхню сумісність з погляду користувача.
Структура комп'ютера - це сукупність його функціональних елементів та зв'язків між ними. Елементами можуть бути різні пристрої — від основних пристроїв комп'ютера до найпростіших схем. Структура комп'ютера графічно представляється як структурних схем, з допомогою яких можна дати опис комп'ютера будь-якому рівні детализации.
Нині залежно від організації ЦУ розрізняють два види архітектур ЕОМ:
1 Архітектура фон Неймана.
2 Гарвардська архітектура.
Принципи (архітектура) фон Неймана
В основу побудови більшості комп'ютерів покладено такі загальні принципи, сформульовані 1945 р. американським вченим Джоном фон Нейманом.
1. Принцип програмного управління. З нього випливає, що програма складається з набору команд, які виконуються процесором автоматично один за одним у певній послідовності.
Вибірка команд програми з пам'яті здійснюється за допомогою лічильника команд. Цей вузол процесора послідовно збільшує адресу чергової команди, що зберігається в ньому, на довжину команди.Так як команди програми розташовані в пам'яті один за одним, то цим організується вибірка ланцюжка команд із послідовно розташованих осередків пам'яті.
Якщо після виконання команди слід перейти не до наступної, а до якоїсь іншої, використовуються команди умовного або безумовного переходів (розгалуження), які заносять до лічильника команди номер комірки пам'яті, що містить наступну команду. Вибірка команд програми з пам'яті припиняється після досягнення та виконання команди стоп.
Таким чином процесор виконує програму автоматично, без втручання людини.
2. Принцип однорідності пам'яті. Програми та дані зберігаються в одній і тій же пам'яті. Тому комп'ютер не розрізняє, що зберігається в цій клітинці пам'яті - число, текст або команда. Над командами можна виконувати такі самі дії, як і над даними. Це відкриває цілу низку можливостей. Наприклад, програма в процесі свого виконання також може перероблятися, що дозволяє задавати в самій програмі правила отримання деяких її частин. Більше того, команди однієї програми можуть бути отримані як результати виконання іншої програми. На цьому принципі засновані методи трансляції перекладу тексту програми з мови програмування високого рівня на мову конкретної машини.
3. Принцип адресності. Структурно основна пам'ять складається з перенумерованих осередків; процесору в довільний момент часу доступна будь-яка комірка. Звідси слід можливість давати імена областям пам'яті, щоб до запам'ятованим у яких значенням можна було згодом звертатися у процесі виконання програм із використанням присвоєних імен.
Відрізняється від архітектури фон Неймана розбиттям основної пам'яті на дві частини: пам'яті програм та пам'яті даних. Використовується у мікроконтролерах.
Структурні схеми сучасних ЕОМ
Якщо абстрагуватися від подробиць, то сучасні ЕОМ можна поділити на два типи:
1. Великі (універсальні) ЕОМ.
2. Персональні комп'ютери.
Власне обробка даних проводиться процесором, що містить арифметико-логічний пристрій (АЛУ) та пристрій управління (УУ). У цих ЕОМ виникає проблема організації взаємодії швидкодіючого процесора з великим числом периферійних пристроїв, що порівняно повільно діють. Ця проблема вирішується за допомогою спеціалізованих процесорів введення-виведення (каналів введення-виведення), які поділяються на два види:
1. Мультиплексні канали.
2. Селекторні канали.
Мультиплексний канал обслуговує кілька одночасно працюючих із невеликою швидкістю ПУ (друк, сканер тощо)
Селекторний канал пов'язує процесор і пам'ять з ПУ, що працюють з високою швидкістю передачі даних (магнітні диски, магнітні барабани і т.д.), дозволяючи одночасну роботу лише ПУ.
У цих комп'ютерах процесор (процесори) і блоки пам'яті (ВП) взаємодіють між собою і зовнішніми пристроями (ВнУ) через внутрішній канал, званої також системною магістраллю, загальний всім пристроїв.
Фізично магістраль є багатопровідною лінією з гніздами для підключення електронних схем. Сукупність проводів магістралі поділяється окремі групи: шину адреси, шину даних і шину управління.
Периферійні пристрої підключаються до апаратури комп'ютера через спеціальні контролери, які звільняють процесор безпосередньо керувати функціонуванням цього устаткування.
Принципи фон Неймана
1. Використання двійкової системи числення у обчислювальних машинах. Перевага перед десятковою системою числення полягає в тому, що пристрої можна робити досить простими, арифметичні та логічні операції у двійковій системі числення також виконуються досить просто.
2. Програмне управління ЕОМ. Робота ЕОМ контролюється програмою, що з набору команд. Команди виконуються послідовно один за одним. Створенням машини з програмою, що зберігається в пам'яті, було започатковано те, що ми сьогодні називаємо програмуванням.
3. Пам'ять комп'ютера використовується як для зберігання даних, а й програм. У цьому команди програми та дані кодуються в двійковій системі числення, тобто. їхній спосіб запису однаковий. Тому в певних ситуаціях над командами можна виконувати ті самі дії, що над даними.
4. Осередки пам'яті ЕОМ мають адреси, які послідовно пронумеровані. У будь-який момент можна звернутися до будь-якої комірки пам'яті на її адресу. Цей принцип відкрив можливість використовувати змінні у програмуванні.
5. Можливість умовного переходу у процесі виконання програми. Незважаючи на те, що команди виконуються послідовно, у програмах можна реалізувати можливість переходу до будь-якої ділянки коду.
Найголовнішим наслідком цих принципів можна назвати те, що тепер програма вже не була постійною частиною машини (наприклад, у калькулятора). Програму можна було легко змінити. А ось апаратура, звичайно ж, залишається незмінною, і дуже простою.
Як взаємодіють між собою пристрої, що становлять основні логічні компоненти ЕОМ, визначається типом архітектури.
Класична архітектура (архітектура фон Неймана) - один арифметико-логічний пристрій (АЛП), через який проходить потік даних, і один пристрій управління (УУ), через який проходить потік команд - програма.
До цього типу архітектури відноситься і архітектура персонального комп'ютера із загальною шиною.
Архітектура типу «зірка» передбачає, що ЦП з'єднується безпосередньо з зовнішніми пристроями і керує їх роботою.
Нині використовується ієрархічна архітектура: ЦП з'єднаний з периферійними процесорами, керуючими іншими периферійними процесорами чи зовнішніми пристроями.
p align="justify"> Під архітектурою комп'ютера розуміється його логічна організація, структура, ресурси, тобто засоби обчислювальної системи Архітектура сучасних ПК заснована на магістрально-модульному принципі.
Модульний принцип дозволяє споживачеві самому підібрати потрібну йому конфігурацію комп'ютера і проводити за необхідності його модернізацію. Модульна організація системи спирається на магістральний (шинний) принцип обміну інформацією. сигналів процесор, пам'ять та периферійні пристрої.
Обмін інформацією між окремими пристроями ЕОМ проводиться за трьома багаторозрядними шинами, що з'єднують всі модулі, - шині даних, шині адрес і шині управління.
Підключення окремих модулів комп'ютера до магістралі фізично здійснюється за допомогою контролерів, а на програмному забезпечується драйверами. Контролер приймає сигнал від процесора і дешифрує його, щоб відповідний пристрій зміг прийняти цей сигнал і відреагувати на нього. контролера. Тому зовнішні пристрої ЕОМ замінюються, і набір таких модулів. довільний.
Розрядність шини даних визначається розрядністю процесора, тобто кількістю двійкових розрядів, які процесор обробляє за один такт.
Дані по шині даних можуть передаватися як від процесора до якогось пристрою, так і у зворотний бік, тобто шина даних є двоспрямованою. пам'яті та з зовнішніх пристроїв, читання даних з пристроїв введення, пересилання даних на пристрої виведення.
Вибір абонента з обміну даними виробляє процесор, який формує код адреси даного пристрою, а для ОЗУ - код адреси осередку пам'яті. односпрямованої.
По шині управління передаються сигнали, що визначають характер обміну інформацією, і сигнали, що синхронізують взаємодію пристроїв, що беруть участь в обміні інформацією.
Зовнішні пристрої до шин підключаються за допомогою інтерфейсу.Під інтерфейсом розуміють сукупність різних характеристик будь-якого периферійного пристрою ПК, що визначають організацію обміну інформацією між ним та центральним процесором. У разі несумісності інтерфейсів (наприклад, інтерфейс системної шини та інтерфейс вінчестера) використовують контролери.
Щоб дати більш повне уявлення про багатопроцесорні обчислювальні системи, крім високої продуктивності необхідно назвати й інші відмінні риси. Насамперед, це незвичайні архітектурні рішення, створені задля підвищення продуктивності (робота з векторними операціями, організація швидкого обміну повідомленнями між процесорами чи організація глобальної пам'яті у багатопроцесорних системах та інших.).
Поняття архітектури високопродуктивної системи досить широким, оскільки під архітектурою можна розуміти і спосіб паралельної обробки даних, використовуваний у системі, і організацію пам'яті, і топологію зв'язку між процесорами, і спосіб виконання системою арифметичних операцій. Спроби систематизувати всю велику кількість архітектур вперше були зроблені наприкінці 60-х років і продовжуються до цього дня.
У 1966 р. М.Флінном (Flynn) було запропоновано надзвичайно зручний підхід до класифікації архітектур обчислювальних систем. В його основу було покладено поняття потоку, під яким розуміється послідовність елементів, команд чи даних, що обробляється процесором. Відповідна система класифікації заснована на розгляді кількості потоків інструкцій та потоків даних та описує чотири архітектурні класи:
SISD = Single Instruction Single Data
MISD = Multiple Instruction Single Data
SIMD = Single Instruction Multiple Data
MIMD = Multiple Instruction Multiple Data
SISD (single instruction stream / single data stream) – одиночний потік команд та одиночний потік даних. До цього класу належать послідовні комп'ютерні системи, які мають один центральний процесор, здатний обробляти лише один потік інструкцій, що послідовно виконуються. В даний час практично всі високопродуктивні системи мають більше одного центрального процесора, однак кожен з них виконує незв'язані потоки інструкцій, що робить такі системи комплексами SISD-систем, що діють різних просторах даних. Для збільшення швидкості обробки команд та швидкості виконання арифметичних операцій може застосовуватися конвеєрна обробка. У разі векторних систем векторний потік даних слід розглядати як потік одиночних неподільних векторів.
MISD (multiple instruction stream / single data stream) – множинний потік команд та одиночний потік даних. Теоретично у цьому типі машин безліч інструкцій має виконуватися над єдиним потоком даних. Досі жодної реальної машини, що потрапляє до цього класу, створено не було.
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) – одиночний потік команд та множинний потік даних. Ці системи зазвичай мають велику кількість процесорів, від 1024 до 16384, які можуть виконувати одну і ту ж інструкцію щодо різних даних жорсткої конфігурації. Єдина інструкція паралельно виконується над багатьма елементами даних.
MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) – множинний потік команд та множинний потік даних. Ці машини паралельно виконують кілька потоків інструкцій над різними потоками даних.На відміну від згаданих вище багатопроцесорних SISD-машин, команди та дані пов'язані, тому що вони представляють різні частини однієї і тієї ж задачі. Наприклад, MIMD-системи можуть паралельно виконувати безліч підзадач з метою скорочення часу виконання основної задачі. Клас систем робить класифікацію Флінна не повністю адекватною. NEC, і тисячопроцесорний Cray T3E потрапляють у цей клас.
