Класифікація обчислювальних систем по співвідношенню потоків команд і даних

Популярна класифікація ОС, заснована на архітектурних особливостях систем і запропонована Флином. Відповідно до неї виділяють чотири класи систем: SISD (Single Instruction Single Data — один потік команд і один потік даних), SIMD (Single Instruction Multi Data — один потік команд і багато потоків даних), MISD (Multi Instruction Single Data — багато потоків команд і один потік даних), MIMD (Multi Instruction Multi Data — багато потоків команд і багато потоків даних).

Класу SISD відповідають однопроцесорні ЕОМ без застосування розпаралелювання обчислювального процесу. Клас MISD не знайшов практичного застосування. У сучасних високопродуктивних ОС застосовують класи SIMD і MIMD.

В SIMD системах та сама машинна команда виконується одночасно над різними числами, що характерно, наприклад, для матрично-векторних обчислень. Зокрема, до цього класу належать однопроцесорні векторні й векторно-конвейерні ОС (наприклад, Cray-1, Hitachi S3600), а також ОС на основі матриць процесорів.

Більшість сучасних суперкомп'ютерів має структуру MIMD. У цьому класі розрізняють кілька підкласів.

По-перше, це системи SM (Shared Memory), що розділяють загальну пам'ять, тобто що мають загальний адресний простір. До цього підкласу відносяться багатопроцесорні векторні ОС і системи SMP (Symmetric Multi-Processor). Очевидно, що в таких системах жорсткі вимоги пред'являються до швидкодії каналів зв'язку процесорів з загальною пам'яттю. У векторних ОС використовується високошвидкісна шина між оперативною пам'яттю й векторними регістрами, у системах SMP висока продуктивність підтримується за рахунок введення кеш-пам'яті великого об'єму, тобто вимоги до пропускної здатності тракту "оперативна пам'ять - кеш-пам'ять" істотно знижуються.

По-друге, системи c розподіленою пам'яттю DM (Distributed Memory) — це системи, у яких кожний процесор має свою оперативну пам'ять. Прикладом систем DM можуть служити кластерні системи. У свою чергу, кожний вузол може бути системою типу SIMD або MIMD. Тоді говорять про системи DM-SIMD або DM-MIMD відповідно. Якщо операційна система працює з єдиним простором адрес, а кожний процесор виконаний як система MIMD, то маємо систему SM-MIMD.

По-третє, системи з масовим паралелізмом MPP (Massively Parallel Processing), у яких кілька копій однієї програми паралельно виконуються в різних вузлах з різними даними. Відмітна ознака MPP – помітно більше число процесорів, ніж у системах SMP, що ще більше ускладнює проблему ефективного розпаралелювання. Для користувача системи MPP можуть виглядати як SM-MIMD.