2-计算机体系结构之Flynn

计算机体系结构分类-Flynn

    Flynn于1972年提出了计算平台的Flynn分类法，通过两个分类指标指令流和数据流的数量进行分类，共分为四种类型的计算平台，

    指令流 Instruction Stream： 同一时间， 允许处理的指令条数

    数据流 Data Stream： 同一时间， 处理数据流的个数

    计算机执行任务需要指令，指令执行的时候需要数据，这两者分别对应了两个流（指令流和数据流）。指令流和数据流都可以为1个或多个， 两两组合就出现了四种体系结构（SISD/SIMD/MISD/MIMD）

Single instruction stream, single data stream， SISD

    SISD机器是一种传统的串行计算机，它的硬件不支持任何形式的并行计算，所有的指令都是串行执行。并且在某个时钟周期内，CPU只能处理一个数据流。因此这种机器被称作单指令流单数据流机器。早期的计算机都是SISD机器，如冯诺.依曼架构，如IBM PC机，早期的巨型机和许多8位的家用机、老式的PC机、386、486、586以及之后的奔腾等等。

Single instruction stream, multiple data streams, SIMD

    SIMD是采用一个指令流处理多个数据流。这类机器在数字信号处理、图像处理、多媒体信息处理等领域非常有效。

    Intel处理器实现的MMXTM、SSE(Streaming SIMD Extensions)、SSE2及SSE3扩展指令集，都能在单个时钟周期内处理多个数据单元。

    早期的的单核计算机基本上都属于SIMD机器，现在很少有单核的计算机了，基本都是4核、8核。

Multiple instruction streams, single data stream, MISD

    通常用于容错，异构系统在同一数据流上运行，并且必须对结果达成一致。例如航天飞机飞行控制计算机。

Multiple instruction streams, multiple data streams, MIMD

    MIMD机器可以同时执行多个指令流，这些指令流分别对不同数据流进行操作。最新的多核计算平台就属于MIMD的范畴，例如Intel和AMD的双核处理器等都属于MIMD，服务器中有多个物理CPU也属于MIMD。

总结

说明：

※ 考试重点，考试形式：各个分类的特点以及代表的系统，考试的时候给一个描述，问是那种体系结构，那种体系结构具备或者不具备以下特征等

※ 单处理器系统： 老式的PC机，386 486 586以及之后的奔腾， 目前PC机器、服务器中已经不常见，不存在了， 但是在单片机中还是多见的。

※ MISD  也有文章说是理论化不切实际， 多个指令处理同一条数据， 比较难实现。 一条指令处理多个数据流很常见，并行处理就是这样的原理，但是一个数据流，让多个指令来处理，有点不符合常规。

※ MIMD： 单个计算机多个处理器或者多个计算机连起来，比如集群都是MIMD，目前的计算机基本都是MIMD， 多核CPU或者多CPU计算机都是MIMD

※扩展知识：如何理解多核CPU和多CPU

    介绍多核CPU和多CPU之前，首先说一下超线程，举一个简单的例子，你现在只有一间房，但是墙壁上有一面非常大的镜子，那么当你在房间里面时，会感觉这个房间很大，你看到的是一个假象，超线程也是一样的道理，操作系统看到的只是一个假象，其实只有一个CPU核心，超线程的要求比较苛刻，需要CPU、操作系统、主板的芯片组、应用软件的支持，有任何一方不支持超线程，那么这个超线程就没什么意义了。

    多核CPU： 超线程是用软件模拟出多核的效果，多核CPU是真正意义上的多个核心，它弥补了超线程适用系统比较少的缺点，从而得到了广泛的应用，现在我们适用的个人PC大都是多核心的CPU，但是多核CPU是在一个物理CPU上多个核心，物理CPU还是一个。

多核CPU就比如你有4室的房子，4个房间（类比CPU的核心）各自独立存在，互补干扰，但是这4个房间都属于一套房子（类比一个物理CPU）。

    苹果新出的M1芯片， 是一个物理CPU， 8个核心， 4个性能核心，4个能效核心。

    多CPU：就是物理CPU有多个，个人电脑很少有多CPU的，一般服务器是多CPU。比如双CPU服务器，就类比于你有两套房子（两个物理CPU），每个房子有4室（每个物理CPU4个核心）。