基本分類

• 單處理器系統 (Uniprocessor) / 單機系統： 僅含一個運算處理器 (CPU)。早期電腦皆屬此類，程式以**序列方式**在單一 CPU 上執行 (取指令 → 取運算元 → 執行 → 存結果)。
• 多處理器系統 (Multiprocessor) / 多機系統： 包含多個運算處理器，可並行處理任務。

並行架構發展脈絡

1. 內容定址記憶體 (CAM) / 聯想記憶體： 資料驅動運算概念。
2. 管線處理 (Pipelining)： 解決指令序列執行瓶頸，指令重疊執行 (取指、解碼、執行、寫回並行)。
3. 隨硬體技術進步，並行處理技術爆發式發展，衍生出多種架構分類。

Flynn 分類法：四大並行架構

分類	全稱	說明	代表系統
SISD	Single Instruction stream, Single Data stream	單一處理器對單一資料流執行單一指令流。傳統單核心 CPU 架構。	早期單核心電腦
SIMD	Single Instruction stream, Multiple Data streams	單一指令流控制多個處理單元**同時對不同資料**執行相同運算。向量處理機、陣列處理機、GPU 核心架構基礎。	Cray-1、GPU (SIMT)、Intel AVX/SSE 指令集
MISD	Multiple Instruction streams, Single Data stream	單一資料流送往多個處理器，各執行不同指令。理論架構，**尚在實驗室階段**，實際應用極少。	容錯系統理論模型
MIMD	Multiple Instruction streams, Multiple Data streams	多處理器**各自執行不同指令流、處理不同資料集**。最靈活、最主流的並行架構。分兩大類： ① 緊密耦合 (共享記憶體) ② 鬆散耦合 (分散式記憶體/叢集)	多核心 CPU、SMP 伺服器、叢集系統

緊密耦合 MIMD 兩大子類

架構	特點	優缺點	應用
主從式 (Master/Slave)	單一主處理器跑 OS 核心，負責排程分配；從處理器跑使用者程式/核心例行程式。	實作簡單，但主處理器成**單點故障**與**效能瓶頸**。	早期多處理器系統
對稱式多處理器 (SMP)	OS 核心可在**任意處理器**執行，每顆 CPU 自我排程進程/執行緒，核心多執行緒化並行。共享主記憶體、單一位址空間、一致性快取。	高可靠性、可擴充 (至 64 CPU)、低通訊延遲、動態負載平衡、資料一致性佳。 **迄今最成功並行機之一。**	DEC/HP/IBM/Sun/SGI 大型伺服器、資料庫、資料倉庫、OLAP

鬆散耦合 MIMD：多電腦系統與叢集

• 每個處理節點擁有**獨立記憶體**，透過網路/互連通訊。
• 叢集 (Cluster) 系統： 由互連的完整電腦節點組成，對外呈現為單一運算資源。
  • 配置：各節點帶磁碟 / 多節點共享 RAID 磁碟陣列。
  • 優勢：**高容錯** (單節點失效不中斷服務)、**極佳擴充性** (依需求增減節點至數十/數百)、**高效能價格比** (以商用機器堆疊達到大型機效能)。
  • **迄今另一最成功並行機架構。**

現代作業系統支援

主流通用 OS (Windows Server, Linux, Unix) **同時支援單處理器、SMP、叢集**架構，依硬體規模彈性部署。

結語

從單核心 SISD 到多核心 SMP、再到橫向擴展叢集，並行架構演進始終為突破單一處理器效能極限。理解 Flynn 分類與耦合層次，有助於系統選型、效能調優與並行程式設計。