计算机体系结构 - 第8章.ppt

《计算机体系结构 - 第8章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、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b2-4ac≥0，可以写出如下的FORTRAN程序：READ*,A,B,CX1=2*AD=SQRT(B*B-4*A*C)D=D/X1X2=-B/X1X1=X2+DX2=X2-DPRINT*,X1,X2END图8.8求一元二次方程根的程序中的数据相关关系图8.9求一元二次方程根的数据流程序图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

2、+b)*(a-b)的数据流程序图图8.11数据流程序图的执行过程图8.12常用非控制类操作结点及其激发规则图8.13常用控制类操作结点及其激发规则图8.14具有条件分支结构的数据流程序图例图8.15具有循环结构的数据流程序图例图8.16计算z=(a+b)*(a-b)的活动模片表示法图8.17图8.14数据流程序图等效的活动模片表示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+BC=C*DF=(C-D)/E则所使用

3、的语言就不是单赋值语言。若这时只允许把程序写成C=A+BC1=C*DF=(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。下面以这个语言列举其单赋值语言具备的基本特点。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。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图8.19MIT静态数据流机主体结构图8.2027→8的仲裁网络示意图2.动态数据流机图8.21动态数据

4、流机的结构框图图8.22MIT动态数据流机结构图8.23MIT动态数据流机典型指令的格式图8.24MIT动态数据流机每个PE的内部结构图8.25Manchester数据流机结构框图8.2.4数据流机器存在的问题(1)数据流机主要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VonNeumann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。(4)数据流语言的变量代表数值而不是

5、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。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FormingOperators),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达式，利用提供的函数集合中的子函数经过有限次归约代换之后，

6、总可以得到所希望的结果，即由常量构成的目标。函数表达式指的是函数之间的映射。从语法上讲是按规定的语法规则构成的符号串，从语义上讲是多个运算符的组合。函数集合中包括了所有的原函数和复合函数。原函数(PrimitiveFunction)指的是，由一个目标变换为另一个目标的基本映射，是归约机建成时安装上的函数。它们可以包括有：从一个元素序列中选出某一个元素的函数，加、减、乘、除等算术函数，交叉置换函数，比较、测试函数，附加序列函数，加1/减1函数，等等。复合函数指的是利用一组“程序形成算符”由已有的函数(程序)构成复杂的函数(程序)。使用的“程序形成算符”一般有组合、构造、条件、插入、

7、作用于全体等多种。从归约的角度来理解，函数是一种特殊的表达式，即为有局部变量的表达式。例如，经DEFf(x)=x+z定义后，使表达式x+z变成了函数，其中x为局部变量，z为全局变量。函数也可以理解成是定义了一种子表达式的替换规则。例如，已定义了f函数后，对表达式5*f(3)求值时，f(3)就可以用3+z代换，从5*f(3)转换成5*(3+z)。由目标、函数、函数表达式、定义(DEF)和作用算符就可以构成函数程序。这里，定义(Definition)“DEF”就是指的从原有函数定