计算机体系结构 - 第8章
48页1、第 8 章 具有现代特色的计算机 第 8 章 具有现代特色的计算机 8.1 脉动阵列机 8.2 数据流机 8.3 归约机 8.4 智能机 8.5 大规模并行处理机MPP与机群系统 第 8 章 具有现代特色的计算机 8.2 数 据 流 机 8.2.1 数据驱动的概念 以计算一元二次方程ax2+bx+c=0的根作为例子。假定b2- 4ac0,可以写出如下的FORTRAN程序:READ *, A, B, CX1=2*AD=SQRT(B*B-4*A*C)D=D/X1X2=-B/X1X1=X2+DX2=X2-DPRINT *, X1, X2END 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.8 求一元二次方程根的程序中的数据相关关系 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.9 求一元二次方程根的数据流程序图 第 8 章 具有现代特色的计算机 8.2.2 数据流程序图和语言 1. 数据流程序图 图 8.10 计算z=(a+b)*(a-b)的数据流程序图 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.11 数据流程序图的执行过程 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.12 常用非控制类操作结点及其激
2、发规则 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.13 常用控制类操作结点及其激发规则 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.14 具有条件分支结构的数据流程序图例 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.15 具有循环结构的数据流程序图例 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.16 计算z=(a+b)*(a-b)的活动模片表示法 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.17 图 8.14 数据流程序图等效的活动模片表示 第 8 章 具有现代特色的计算机 2. 数据流语言单赋值语言是指在程序中,每个变量均只赋值一次,即同一变量名在不同赋值语句的左部最多只出现一次。因此,实际上并没有传统计算机中的变量的概念,只是一种值名。例如, 一个程序允许出现如下语句序列:C=A+BC=C*DF=(C-D)/E 第 8 章 具有现代特色的计算机 则所使用的语言就不是单赋值语言。 若这时只允许把程序写成C=A+BC1=C*DF=(C1-D)/E其所用的语言就体现出单赋值的规则和要求了。单赋值语言的语义清楚, 程序中的并行性易于被编译程序所开发。 第 8 章 具有现代特色的计算机 下面以这个语
3、言列举其单赋值语言具备的基本特点。(1) 遵循单赋值规则。 (2) 有丰富的数据类型。 (3) 具有很强的类型性。 (4) 具有模块化结构的程序设计思想。 (5) 没有全局存贮器和状态的概念。 (6) 程序不规定语句的执行顺序。 第 8 章 具有现代特色的计算机 8.2.3 数据流计算机的结构1. 静态数据流机 图 8.18 静态数据流机的结构 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.19 MIT静态数据流机主体结构 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.20 278的仲裁网络示意图第 8 章 具有现代特色的计算机 2. 动态数据流机 图 8.21 动态数据流机的结构框图 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.22 MIT动态数据流机结构 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.23 MIT动态数据流机典型指令的格式 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.24 MIT动态数据流机每个PE的内部结构 第 8 章 具有现代特色的计算机 图 8.25 Manchester数据流机结构框图 第 8 章 具有现代特色的计算机 8.2.4 数据流机器存在的问题 (1) 数据流机主要
4、目的是为了提高操作级并行的开发水平,但如果题目本身数据相关性很强,内含并行性成分不多时,就会导致数据流机的效率反而不如传统的Von Neumann型机器的高。(2) 在数据流机器中为了给数据建立标记并识别和处理该标记,需要花费较多的辅助开销和较大的存贮空间(可能比Neumann型的要大出 2 至 3 倍)。(3) 数据流机不保存数组。 第 8 章 具有现代特色的计算机 (4) 数据流语言的变量代表数值而不是存贮单元位置, 使程序员无法控制存贮分配。 为了能有效地回收不用的存贮单元, 就增大了编译程序设计的难度。(5) 专门适合于数据流机用的互连网络的设计较困难, 而且, 对数据流机的输入/输出尚待完善。(6) 数据流机没有程序计数器, 给诊断和维护带来困难。 第 8 章 具有现代特色的计算机 8.3 归 约 机 从函数程序设计的角度看,一个程序就是一个函数的表达式。通过定义一组“程序形成算符”(Program Forming Operators), 可以用简单函数(即简单程序)构成任意复杂的程序,也就是, 构成任意复杂函数的表达式。反过来,如果给出了一个属函数表达式集合中的复杂函数的表
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