SIMD 与 MIMD 的区别

SIMD 和 MIMD 是两种主要的计算机架构。这些架构用于增强特定计算活动的性能。数据流和指令流的数量是这种分类的基础。SIMD 是一种计算机架构，允许对多个数据流执行单一指令。相比之下，MIMD 计算机架构可以在不同的数据流上执行多条指令。这种分类的主要目的是对并行处理进行分类。它通过考虑处理器的内部架构来运行，从处理器之间的连接结构或数据通过系统的流开始。

在本文中，您将了解 SIMD 和 MIMD 之间的区别。但在讨论区别之前，您必须了解 SIMD 和 MIMD，以及它们的优缺点。

什么是 SIMD？

SIMD 是 “单一指令多数据”（Single Instruction Multiple Data） 的缩写。它是 Michael Flynn 在 Flynn 分类法 下进行分类的一种并行计算机架构。在这种 SIMD 架构中，一条指令被应用于多个数据流。它由一个单一的控制信号组成，该信号调用多个独立的处理单元。因此，所有处理单元都从控制单元接收相同的指令，并将其应用于不同的数据组件。

它使用一个共享的内存单元，该单元被分成多个模块。因此，内存单元可以同时与所有处理单元通信。它消耗的内存较少，因为它在多个数据流上使用单一指令副本。此外，SIMD 架构需要一个单一的指令解码器，这有助于降低整体系统成本。

SIMD 的优点和缺点

SIMD 有许多优点和缺点。SIMD 的一些主要优点和缺点如下：

优点

1. 它使用的内存较少，因为系统内存中只存储了指令的一个副本。
2. 由于 SIMD 架构具有单一指令流和绝对同步，因此程序创建、解释和调试都非常简单。
3. 在控制单元（CU）上，它可以重叠控制流指令和多个标量操作。
4. 它利用隐式同步来提供出色的进程间通信。
5. SIMD 总成本降低，因为它只使用一个指令解码器。

缺点

1. 它包含巨大的寄存器文件，可提高电源利用率和芯片面积。
2. 由于它只有一个核心，因此系统速度受限。

什么是 MIMD？

MIMD 是 “多指令多数据流”（Multiple Instruction Multiple Data Stream） 的缩写。它包含具有多个处理器单元、数据流和指令流的计算机系统。它同时利用多条指令处理不同的数据集。MIMD 系统是最复杂的配置，但它们也能确保效率。它通过允许多个处理器在同一时间框架内并发运行，并且还具备处理器执行相同操作的能力，从而提供高并发性。它在分布式和共享内存模型下都能有效工作。

这种架构不需要额外的控制单元，有助于降低系统的总体成本。它还确保了诸如if/else 表达式之类的条件语句能够高效执行。这是由于处理单元的独立性。它更灵活，非常适合需要更复杂和多样化计算的任务，例如通用计算和人工智能应用。

MIMD 的优点和缺点

MIMD 有许多优点和缺点。MIMD 的一些主要优点和缺点如下：

优点

1. MIMD 的异步特性可以加速执行需要无限时间的指令的速度。
2. 它通过利用多个控制线程提供高度的灵活性。
3. 它不需要额外的控制单元，因此没有额外费用。
4. 它允许高效地执行条件语句（即 if-then-else），因为 CPU 是独立的，可以采取任何随机决策路径。
5. 这些处理器存在于大多数现代台式机、笔记本电脑和移动处理器中。

缺点

1. 它适用于需要广泛 CPU 和数据密集型任务（如游戏渲染和视频编辑）的应用程序。

SIMD 和 MIMD 之间的主要区别

SIMD 和 MIMD 之间存在许多主要区别。SIMD 和 MIMD 之间的一些主要区别如下：

1. SIMD 架构基于同步处理，其中处理元素处理单个程序。另一方面，MIMD 架构包含一种异步机制，用于在多个通信程序之间运行处理器元素。
2. SIMD 通常用于需要大量计算的问题，其中多个处理器同时执行相同的功能。另一方面，MIMD 广泛用于将算法分解为离散且独立的部分的问题，并将每个部分分配给不同的处理器以进行并发解决方案。
3. MIMD 架构中的每个处理元素都保留其自身的程序副本，这增加了内存需求。另一方面，SIMD 架构占用的内存较少，因为它只存储程序的单个副本。
4. SIMD 架构更简单、更高效。另一方面，MIMD 架构更复杂、更高效。
5. SIMD 价格便宜，因为解码器等硬件需求较少。另一方面，MIMD 价格昂贵，因为它为每个处理元素需要一个解码器。
6. SIMD 只有一个解码器。另一方面，MIMD 架构有多个解码器。
7. SIMD 指潜在或隐式同步。另一方面，MIMD 架构是准确或显式同步。

SIMD 和 MIMD 的逐项比较

在这里，您将了解 SIMD 和 MIMD 之间的逐项比较。SIMD 和 MIMD 之间的主要区别如下：

结论

总之，SIMD 和 MIMD 是两种主要的计算机架构。SIMD 架构支持同步处理，其中一条指令同时在多个数据流上执行。相比之下，MIMD 架构采用异步方法，其中多条指令在多个数据流上工作。与 MIMD 架构相比，SIMD 架构更简单、更高效。控制单元（CU）重叠的实现对 SIMD 和 MIMD 架构的性能有显著影响，具体取决于其统一性。在统一 CU（控制单元）重叠的情况下，SIMD 架构的性能优于 MIMD。相反，在 CU 重叠不统一的情况下，MIMD 架构的性能优于 SIMD。