Note des systèmes (Taxonomie de Flynn)

Introduction

La taxonomie de Flynn est basée sur le fait qu’un ordinateur exécute une séquence d’instructions de données, de différents flux d’instructions et de flux de données.

Il couvre quatre classes d’architectures informatiques :

SISD (Single Instruction Single Data) : simple flux d’instructions sur un seul ensemble de données.

SIMD (Single Instruction Multiple Data) : simple flux d’instructions en plusieurs ensembles de données.

MISD (Multiple Instruction Single Data) : de multiples directions d’écoulement dans un ensemble de données unique.

MIMD (Multiple Instruction Multiple Data) : plusieurs instructions de flux sur plusieurs ensembles de données.

Dans cette activité, nous allons apprendre d’avantage sur la taxonomie de Flynn.

Détails de l’activité

En 1972, Michael Flynn a donné lieu à une taxonomie de matériel basé sur deux principes:

• Le nombre des instructions d’écoulement

• Le nombre de flux de données

• Un flot d’instructions est égal à une séquence d’instructions exécutées (dans un processeur) sur un flux de données auquel ces instructions se rapportent.

• Sur la base de la multiplicité éventuelle, de l’unicité des flux de données et des instructions, on distingue quatre (04) grandes classes d’architectures définies par la taxonomie de Flynn :

• SISD - Single Instruction Single Data - Un simple flux d’instructions et de données, correspond au modèle traditionnel ou Von Neumann. Un processeur exécute séquentiellement un ensemble d’instructions sur un ensemble de données. La figure 2.1 illustre cette classe.

Figure 2.1 : Illustration de la classe d’architecture SISD

Source (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ae/SISD.svg/220px-SISD.

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SIMD - Single Instruction Multiple Data - Un traitement de flux d’instructions simple avec des flux de données multiples.

Elle implique de multiples processeurs (esclaves) sous le contrôle d’une seule unité de commande (maître) pour exécuter simultanément la même instruction sur plusieurs ensembles de données. Ils sont utilisés pour la manipulation de matrice et d’images. La figure 2.1 illustre la classe d’architecture SIMD

Figure 2.2 : Illustration de la classe d’architecture SIMD

Source :(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/21/SIMD.svg/220px-SIMD.

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MISD - Instruction Multiple Simple Data - implique que des ensembles de processeurs exécutent des instructions différentes dans un seul ensemble de données. Il désigne un mode de fonctionnement des ordinateurs dotés de plusieurs unités arithmétiques et logiques fonctionnant en parallèle comme illustré sur la figure 2.3.

Figure 2.4 : Illustration de la classe d’architecture MISD

Source :(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/MISD.svg/220px-MISD.

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MIMD - Multiple Instruction Multiple Data - processus de multiples flux d’instructions et multiples flux de données. Le MIMD désigne les machines multiprocesseurs où chaque processeur exécute son code de manière asynchrone et indépendante. Pour assurer la cohérence des données, il est souvent nécessaire de synchroniser les processeurs entre eux, les techniques de synchronisation dépendent de l’organisation de la mémoire.

Figure 2.4 : Illustration de la classe d’architecture MISD

Source :(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c6/MIMD.svg/220px-MIMD.svg.png).

MIMD a la particularité d’être plus flexible et peut être développé à base de processeurs commerciaux.

Cette classe d’architecture est divisée en deux catégories selon le type de mémoire :

Mémoire partagée : les processeurs accèdent à une mémoire commune. Il a l’espace d’une adresse partagée par tous les processeurs. La vitesse d’accès mémoire peut être uniforme (UMA : Uniform Memory Access). La synchronisation pour l’accès aux zones mémoires partagées peut se faire au moyen de :

• Sémaphores

• Verrous, ou Mutex (exclusion mutuelle)

• Barrières de synchronisation

Mémoire distribuée: chaque processeur dispose de sa propre mémoire, et n’a pas accès à celle d’autres processeurs. Les informations sont communiquées en étant échangées entre les processeurs sous la forme de messages, de manière synchrone ou asynchrone

Il existe des primitives pour l’envoi d’informations entre les processeurs;

Les systèmes hybrides de mémoire partagée et distribuée

La vitesse d’accès à la mémoire non uniforme (NUMA) variant en fonction de l’adresse d’accès.

Exercice

Sur la base de la lecture du texte de l’activité, répondez aux questions suivantes : 1. Faites une analyse comparative entre MIMD et SIMD.

2. Énumérer les limites de la taxonomie de Flynn.

3. Afin d’ajouter de nouvelles architectures parallèles résultant, sans écarter la classification Flynn, une classification plus complète a été proposée, ce qui vous permet d’afficher un aperçu des styles d’organisation pour les ordinateurs parallèles aujourd’hui. Qui a proposé ce modèle ?

Réponse à la question 1

Les deux types d’organisations informatiques ont des avantages et des inconvénients.

Les architectures SIMD, offrent des installations pour la programmation et le débogage des programmes parallèles. De plus, ses éléments de traitement sont simples et sont destinés à de petits calculs. Les architectures MIMD ont une grande flexibilité pour la mise en œuvre d’algorithmes parallèles (architectures SIMD habituellement destinés à la transformation à des fins particulières), et présentent de bonnes performances en raison de ses éléments de traitement qui sont asynchrones.

Réponse à la question 2

La classification de Flynn présente quelques problèmes. Elle n’est pas assez large pour inclure certains ordinateurs modernes (par exemple, des processeurs et des données vecteur flux machines), et n’est pas également extensible. Un autre inconvénient de cette classification est l’absence de hiérarchie. La classification MIMD, par exemple, inclut presque toutes les architectures parallèles sans préciser des sous-niveaux. Cependant, bien que le premier (proposé en 1972), le classement du Flynn est très concis et le plus utilisé.

Réponse à la question 3 Duncan

Conclusion

Dans cette activité, nous notons que Flynn a créé une taxonomie matérielle avec son nom basé sur deux principes : Nombre de flux d’instructions et le nombre de flux de données et sur la base du possible multiplicité unicité et de flux de données et des instructions pour classer les architectures informatiques en quatre classes : SISD, SIMD, MISD, MIMD.

Évaluation

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