Архитектура вычислительной системы - это абстрактное представление ЭВМ с точки зрения программиста. Полное описание архитектуры системы включает в себя: основные форматы представления данных; способы адресации данных в программе; состав аппаратных средств вычислительной машины, характеристики этих средств, принципы организации вычислительного процесса.

Структура вычислительной системы - это совокупность аппаратных средств ЭВМ с указанием основных связей между ними.

Классификация вычислительных систем, предложенная в 1966 г. профессором Стенфордского университета М.Д.Флином (M.J.Flynn). Классификация охватывает только два классификационных признака – тип потока команд и тип потока данных в вычислительной системе.

В одиночном потоке команд в один момент времени может выполняться только одна команда. В этом случае эта единственная команда определяет в данный момент времени работу всех или, по крайней мере, многих устройств вычислительной системы.

Во множественном потоке команд в один момент времени может выполняться много команд. В этом случае каждая из таких команд определяет в данный момент времени работу только одного или лишь нескольких (но не всех) устройств вычислительной системы.

Одиночный поток данных обязательно предполагает наличие в вычислительной системе только одного устройства оперативной памяти и одного процессора. Однако при этом процессор может быть как угодно сложным, так что процесс обработки каждой единицы информации в потоке может требовать выполнения многих команд.

Множественный поток данных состоит из многих зависимых или независимых одиночных потоков данных.

SISD-система представляет собой классическую однопроцессорную ЭВМ фон неймановской архитектуры.

На MISD-системы существуют различные точки зрения. По одно них – за всю историю развития вычислительной техники MISD-системы не были созданы. По другой точке зрения (менее распространенной, чем первая) к MISD-системам относятся векторно-конвейерные вычислительные системы. В курсе "Параллельные вычисления" мы придерживаемся первой точки зрения.

SIMD-система содержит много процессоров, которые синхронно (как правило) выполняют одну и ту же команду над разными данными. SIMD-системы делятся на два больших класса: векторно-конвейерные вычислительные системы; векторно-параллельные вычислительные системы.

MIMD-система содержит много процессоров, которые (как правило, асинхронно) выполняют разные команды над разными данными. Подавляющее большинство современных суперЭВМ имеют архитектуру MIMD (по крайней мере, на верхнем уровне иерархии). MIMD-системы часто называют многопроцессорными системами.

В вычислительных системах с общей памятью (Common Memory Systems или Shared Memory Systems) значение, записанное в память одним из процессоров, напрямую доступно для другого процессора.

В вычислительных системах с распределенной памятью (Distributed Memory Systems) каждый процессор имеет свою локальную память с локальным адресным пространством. Для систем с распределенной памятью характерно наличие большого числа быстрых каналов, которые связывают отдельные части этой памяти с отдельными процессорами. Обмен информацией между частями распределенной памяти осуществляется обычно относительно медленно. Системы с распределенной памятью называются также слабосвязанными вычислительными системами.

Системы с гибридной памятью - NUMA-системы (Non-Uniform Memory Access Systems) имеют память, которая физически распределена по различным частям системы, но логически разделяема (образует единое адресное пространство). Такая память называется еще логически общей (разделяемой) памятью (logically shared memory). В отличие от UMA-систем, в NUMA-системах время доступа к различным частям оперативной памяти различно.

В однородных вычислительных системах (гомогенных вычислительных системах) используются одинаковые процессоры.

В неоднородных вычислительных системах (гетерогенных вычислительных системах) используются процессоры различных типов. Вычислительная система, содержащая какой-либо специализированный вычислитель (например, Фурье-процессор), относится к классу неоднородных вычислительных систем.

К общей памяти доступ разных процессорами системы осуществляется, как правило, за одинаковое время. Поэтому такая память называется UMA–памятью (Unified Memory Access) — памятью с одинаковым временем доступа. Системы с такой памятью называются UMA-системами.

В системах с программируемой структурой нет общего ресурса, отказ которого приводил бы к отказу системы в целом – средства управления, обработки и хранения информации распределены по составным частям системы. Такие системы обладают способностью автоматически реконфигурироваться в случае выхода из строя отдельных их частей. Средства реконфигурирования позволяют также программно перестроить систему с целью повышения эффективности решения на этой системе данной задачи или класса задач