Python 系統(tǒng)和內(nèi)存架構(gòu)

python 系統(tǒng)和內(nèi)存架構(gòu)

在設(shè)計程序或并發(fā)系統(tǒng)時，需要考慮不同的系統(tǒng)和內(nèi)存架構(gòu)樣式。這是非常必要的，因為一個系統(tǒng)和內(nèi)存樣式可能適合于一個任務(wù)，但可能容易出錯其他任務(wù)。

支持并發(fā)的計算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

michael flynn于1972年對分類不同風(fēng)格的計算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了分類。該分類法定義了以下四種不同的樣式

單指令流，單數(shù)據(jù)流（sisd）
單指令流，多數(shù)據(jù)流（simd）
多指令流，單數(shù)據(jù)流（misd）
多指令流，多數(shù)據(jù)流（mimd）。

單指令流，單數(shù)據(jù)流（sisd）

顧名思義，這種類型的系統(tǒng)將具有一個順序輸入數(shù)據(jù)流和一個單個處理單元來執(zhí)行數(shù)據(jù)流。它們就像具有并行計算架構(gòu)的單處理器系統(tǒng)。以下是sisd的架構(gòu)

sisd的優(yōu)點

sisd架構(gòu)的優(yōu)點如下 -

它需要更少的電力。
多核之間沒有復(fù)雜通信協(xié)議的問題。

sisd的缺點

sisd架構(gòu)的缺點如下 -

sisd架構(gòu)的速度與單核處理器一樣有限。
它不適合大型應(yīng)用。

單指令流，多數(shù)據(jù)流（simd）

顧名思義，這種類型的系統(tǒng)將具有多個輸入數(shù)據(jù)流和多個處理單元，這些處理單元可以在任何給定時間作用于單個指令。它們就像具有并行計算架構(gòu)的多處理器系統(tǒng)。以下是simd的架構(gòu)

simd的最佳示例是顯卡。這些卡有數(shù)百個獨立的處理單元。如果我們談?wù)搒isd和simd之間的計算差異，那么對于添加數(shù)組 [ 5,15,20 ] 和 [ 15,25,10 ], sisd架構(gòu)必須執(zhí)行三種不同的添加操作。另一方面，使用simd架構(gòu)，我們可以在單個添加操作中添加。

simd的優(yōu)點

simd架構(gòu)的優(yōu)點如下

可以僅使用一個指令來執(zhí)行對多個元素的相同操作。
通過增加處理器的核心數(shù)量可以增加系統(tǒng)的吞吐量。
處理速度高于sisd架構(gòu)。

simd的缺點

simd架構(gòu)的缺點如下

處理器的核心數(shù)量之間存在復(fù)雜的通信。
成本高于sisd架構(gòu)。

多指令單數(shù)據(jù)（misd）流

具有misd流的系統(tǒng)具有多個處理單元，其通過在同一數(shù)據(jù)集上執(zhí)行不同的指令來執(zhí)行不同的操作。以下是misd的架構(gòu)

misd架構(gòu)的代表尚未商業(yè)化。

多指令多數(shù)據(jù)（mimd）流

在使用mimd架構(gòu)的系統(tǒng)中，多處理器系統(tǒng)中的每個處理器可以在不同的數(shù)據(jù)集并行上獨立地執(zhí)行不同的指令集。它與simd架構(gòu)相反，在simd架構(gòu)中，對多個數(shù)據(jù)集執(zhí)行單個操作。以下是mimd的架構(gòu)

普通的多處理器使用mimd架構(gòu)。這些架構(gòu)主要用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，如計算機(jī)輔助設(shè)計/計算機(jī)輔助制造，仿真，建模，通信開關(guān)等。

支持并發(fā)的內(nèi)存架構(gòu)

在使用并發(fā)和并行等概念的同時，總是需要加速程序。計算機(jī)設(shè)計者發(fā)現(xiàn)的一個解決方案是創(chuàng)建共享存儲器多計算機(jī)，即具有單個物理地址空間的計算機(jī)，其由處理器所具有的所有核訪問。在這種情況下，可以有許多不同風(fēng)格的架構(gòu)，但以下是三種重要的架構(gòu)風(fēng)格