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研究计算机系统分类方法,有助于人们认识计算机的体系结构和组成的特点,理解系统的工作原理和性能。

1966年,Michael J. Flynn从计算机体系结构的并行性能出发,按照指令流和数据流的不同组织方式,把计算机系统的结构分为4类(如表1-3所示):

表1-3 Flynn分类法

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1.SISD体系结构

SISD计算机是传统的顺序执行的计算机,在同一时刻只能执行一条指令(即只有一个控制流)、处理一个数据(即只有一个数据流)。

SISD计算机通常由一个处理器和一个存储器组成,如图1-11所示。通过执行单一的指令流,对单一的数据流进行操作,指令按顺序读取,数据在每一时刻也只能读取一个。

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其主要缺点在于单个处理器的处理能力有限,同时,这种结构也没有发挥数据处理中的并行性潜力,在实时系统或高速系统中,很少采用SISD结构。

2.SIMD体系结构

SIMD计算机属于并行结构计算机,一条指令可以同时对多个数据进行运算。

SIMD计算机由单一的指令部件控制,按照同一指令流的要求,为多个处理单元分配各不相同的数据并进行处理。SIMD系统结构由一个控制器、多个处理器、多个存储模块和一个互连网络组成,如图1-12所示。

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SIMD计算机以阵列处理机和向量处理机为代表。

3.MISD体系结构

MISD计算机具有多个处理单元,这些处理单元组成一个线性阵列,分别执行不同的指令流,而同一个数据流则顺次通过这个阵列中的各个处理单元,如图1-13所示。

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MISD系统结构只适用于某些特定的算法,在目前常见的计算机系统中很少见。

4.MIMD体系结构

MIMD计算机属于并行结构计算机,多个处理单元根据不同的控制流程执行不同的操作,处理不同的数据。

典型的MIMD系统由多台处理机、多个存储模块和一个互连网络组成,如图1-14所示。每台处理机执行自己的指令,操作数也是各取各的。

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MIMD计算机是能够实现指令、数据作业、任务等各级全面并行计算的多机处理系统。

在MIMD结构中,每个处理器都可以单独编程,因而这种结构的可编程能力是最强的。但由于要用大量的硬件资源来解决可编程问题,硬件的利用率不高。

MIMD计算机以多处理机和机群系统为代表。