Có nhiều cách để phân loại máy tính song song. Một trong nhƣng phân loại đƣợc sử dụng rộng rãi có từ năm 1966, đó là phân loại Flynn. Phân loại Flynn phân biệt kiến trúc máy tính song song theo cách phân lớp theo số trạng thái có thể của câu lệnh và dữ liệu. Số trạng thái ở đây là Single hay Multiple.
Bảng 3.1. Ma trận phân loại theo Flynn [18]
S I S D
Single Instruction, Single Data
S I M D
Single Instruction, Multiple Data
M I S D
Multiple Instruction, Single Data
M I M D
Multiple Instruction, Multiple Data
Single Instruction, Single Data (SISD) là một máy tính tuần tự (non – parallel). – Single Instruction, chỉ một câu lệnh đƣợc tác động bởi CPU trong suốt
một chu kỳ đồng hồ.
– Single Data, chỉ một dòng dữ liệu đƣợc dùng nhƣ đầu vào trong suốt một chu kỳ đồng hồ.
– Đây là loại máy tính lâu đời nhất, đồng thời là loại máy tính phổ biến nhất trong thời đại hiện nay nhƣ máy tính lớn thế hệ cũ, máy mini, máy trạm và hầu hết các máy PC hiện đại hiện nay.
– Máy tính SISD chỉ có một CPU, ở mỗi thời điểm thực hiện một chỉ lệnh và chỉ đọc, ghi một mục dữ liệu. Tất cả các máy tính SISD chỉ có một thanh ghi (register) đƣợc gọi là bộ đếm chƣơng trình, đƣợc sử dụng để nạp địa chỉ của lệnh tiếp theo và kết quả là thực hiện theo một thứ tự xác định của các câu lệnh. Kiến trúc máy SISD có mô hình hoạt động theo Hình 3.2
Hình 3.2. Kiến trúc máy SISD
Single Instruction, Multiple Data (SIMD) là loại máy tính song song.
– Single Instruction, tất cả các đơn vị xử lý thi hành cùng câu lệnh ở chu kỳ đồng hồ trƣớc.
– Multiple Data, mỗi đơn vị xử lý có thể thực hiện thao tác trên phần tử dữ liệu khác nhau
– Máy tính SIMD có một đơn vị điều khiển để điều khiển nhiều đơn vị xử lý thực hiện theo một luồng các câu lệnh. CPU phát sinh tín hiệu điều khiển tới tất cả các phần xử lý, những bộ xử lý này cùng thực hiện một phép toán trên cấc mục dữ liệu khác nhau, nghĩa là mỗi bộ xử lý có luồng dữ liệu riêng. Kiến trúc máy SIMD có mô hình hoạt động theo Hình 3.3
Hình 3.3. kiến trúc máy SIMD
– Đây là loại tốt nhất phú hợp cho bài toán chuyên môn đòi hỏi tốc độ xử lý cao nhƣ xử lý đồ thị, hình ảnh. Thi hành đồng bộ và tất định.
– Có hai biến thể loại SIMD. Biến thể Proccesor Arrays:
• Connection Machine CM‐2, MasPar MP‐1 & MP2, ILLIACIV
• Biến thể vector Pipelines: IBM 9000, Cray X-MP, Y-MP & C90, Fujitsu VP, NEC SX-2, Hitachi S820, ETA10.
– Hầu hết các máy tính hiện đại, đặc biệt là các Graphics Processor Units (GPUs) sử dụng chỉ thị SIMD.
Multiple Instruction, Single Data (MISD), là loại máy tính song song.
– Miltiple Instruction, mỗi đơn vị xử lý hoạt động trên dữ liệu độc lập thông qua dòng cấu trúc riêng biệt.
– Single Data, mỗi dòng dữ liệu duy nhất đƣợc đƣa vào nhiều đơn vị xử
lý.
– Kiến trúc máy MISD có mô hình hoạt động theo Hình 3.4
Hình 3.4. Kiến trúc máy MISD
Multiple Instruction, Multiple Data (MIMD), là loại máy tính song song
– Multiple Instruction, mỗi bộ xử lý có thể thi hành dòng lệnh khác nhau – Multiple Data, mỗi bộ xử lý có thể làm việc với dòng dữ liệu khác nhau – Việc thực thi có thể đồng bộ hoặc không đồng bộ, có thể xác định hoặc
không xác định (non-deterministic)
– Hiện tại, loại máy tính song song hiện đại nhất, phổ biến nhất thuộc loại này, ví dụ:
Hầu hết các siêu máy tính hiện đại
Cụm lƣới (clusters and grid) máy tính song song nối mạng
Máy đa xử lý đối xứng (multi – processor SMP)
Multi-core PCs.
Hình 3.5. Kiến trúc máy MIMD