python并行编程学习之并行计算存储体系结构

基于指令和可被同时处理的存储单元的数目，计算机系统可以分为以下四种类目：

• 单指令，单数据单元（SISD）在该体系结构中，计算机是单处理器机器，一次只能用单一的指令来操作单一的数据流。在SISD中，机器指令按照顺序被处理。在一个计算机的时钟周期里，CPU执行三个操作，匹配、译指（decode，解码）和执行。

　　　　　　所谓匹配，指的是CPU从寄存器中读取需要进行操作处理的数据以及需要执行的指令；

　　　　　　所谓译指，是指CPU对指令的解码，使得计算机能够将指令转换为机器所能读懂的二进制码；

　　　　　　所谓执行，是指指令在数据上执行，所得的计算结果，存储到另一个寄存器中。

　　　以上三个操作，不只是在SISD结构中存在，它们是所有计算机运行执行的基本操作。

　　   在这种体系结构中，CPU按照顺序执行相应的程序，该架构主要包含三个部分，中心存储单元、CPU以及I/O系统，中心存储单元用于存储指令和程序数据；CPU用于从存储单元中获取数据和指令，并且　　   对指令进行译指，然后按照程序既定的顺序执行它。I/O系统则是用来输入和输出程序的数据。

• 单指令，多数据单元（SIMD）SIMD结构的计算机，由n个相同的处理器构成，每个处理器拥有其独有的存储单元，用于存储数据。所有处理器在单一指令流的控制下工作，另外，每个处理器处理相对应的一条数据流。每个处理器对不同的数据，同时执行同一条指令。这种架构比MISD架构功能更为全面和强大。在这种结构的计算机中，结合并行算法，适合解决涵盖多种功能的问题，此外，在这种计算机结构中，算法更容易设计、分析以及嵌入。唯一的限制是，需要将一个大问题分成多个子问题，要求每个子问题都是相同性质的，这样每个子问题才能通过相同的指令被同时处理。
• 多指令，单数据单元（MISD）在这个结构中，计算机拥有多个处理器核，每个处理器拥有其自己的控制单元，它们共享存储单元。在每个时钟周期中，每个处理器根据从自己的控制单元中读取的指令，同时处理从存储器中读取的数据。在这个结构下，并行性（指令层面的并行性）是通过对同一段数据执行多种操作而获得的。在这个结构中，能够解决的问题类型相当特殊，比如与数据加密有关的问题。
• 多指令，多数据单元（MIMD）。