组成原理8版张基温第8版教学全套课件 第8章 未来计算机展望.ppt

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1、第8章未来计算机展望Neumann计算机的一些致命弱点(1)计算机硬件方面的研究表明，不管CPU和主存的吞吐能力有多高，也不管主存的容量有多大，在CPU和主存之间只有一条每次只能交换一个字的狭窄数据通道。J.Backus在1977年接受ACM图灵奖时所作的学术报告中，把这个通道称为“Neumann瓶颈”。并行处理技术的采用，只不过是基于Neumann体系的计算机系统性能的改进，随着器件的物理性能接近极限，这些改进所花费的代价会越来越高。(2)按照“程序存储控制”体系原理工作的Neumann计算机，只能解释事先所存储

2、的程序，只要针对问题的性质，提出相应的算法，并编制有效的计算程序，即可对问题进行求解。这种求解方法采用的是串行的信息处理过程，即每次从计算机的存储器中取出其中的一个存储信息加以计算，并进行逻辑判断，然后决定下一步应该继续执行存储器中的哪一条指令。由于它充分利用了计算机的快速运算能力，因此，不管问题多么复杂，只要有算法，问题就可以求解。近半个世纪以来的实践证明，它在高精度计算和一些可编程问题的求解以及过程模拟、过程控制等方面已经取得了巨大的成功。但是反过来，它也同时带来了问题的局限性，即对于那些还找不到有效计算算法和

3、明确的计算方法的问题，例如在模糊识别、动力学过程模拟等方面，就碰到了有限时间和空间的障碍。8.1非诺伊曼体系计算机探索8.1.1数据流计算机1.数据流驱动数据流计算机中指令的执行有如下5个特点。(1)异步性：只要本条指令所需要的数据齐备，指令便可以独立地执行，而不关心其他指令和数据的情况。（2）独立性：计算结果直接在指令间传递。一条指令产生的数据可以被复制成多个副本，直接送其他需要的指令。数据驱动程序中的数据保存在指令中，而不是保存在共享存储器中。这些指令不需要用任何方式排定次序。(3)局部性：各指令间的数据传送是

4、直接的，不需将操作数作为“地址”变量，一条指令的输出，同时指向使用它的一条或多条指令(目标指令)，数据经过一条指令执行后随即消失，不产生长远或全局的影响。(4)并行性：只要有足够的处理单元，凡是相互间不存在数据依赖关系的指令都可以并行执行。这种并行性是隐含的。(5)“单赋值”性：程序中的任何变量只允许在赋值语句的赋值号左边出现一次，即不允许对一个变量多次赋值，这也有利于开发运算的并行性。2.数据流计算机指令第7章未来计算机展望1）操作包操作包由操作码（operrationcode）、一个或几个源操作数（source

5、data）以及零个或多个后继指令地址（nextaddress）组成。后继指令地址用于和结果数据组成使用结果数据的后继指令的数据令牌，如果一条指令的运算结果要送几个目的地址，则分别形成几个数据令牌。第7章未来计算机展望2）数据令牌数据令牌用以传送数据并激活(点火)指令。每个数据令牌由两部分组成：结果数据和目标地址。结果数据就是一条指令执行的结果，是数据令牌携带的内容。目标地址，即使用该结果的数据。这是数据流计算机工作的一个重要特征：数据由数据令牌携带，在指令间直接传送。当一条指令的所有数据令牌均到达时，该指令即被点火

6、，可开始执行。因此数据令牌中还应含有各种标志和特征等。第7章未来计算机展望3.数据流程序图及其操作规则1）数据流图基本结构x=(a+b)×(c+d)/a的数据流程图与逻辑数据有关的节点有如下几种：·逻辑运算节点，·条件门节点。·条件分支节点)所。·条件汇合节点。·判定节点。2)运算规则·节点所有输入弧上都有数据令牌时，节点被“点火”；·节点的操作开始后，其输入弧上的数据令牌消失；·节点的操作执行完后，其输出弧上出现数据令牌；·弧上有复制节点时，要首先执行复制操作，即把复制节点前面的数据令牌复制到其后的各分支。ifp

7、thenG1elseG2数据流程图8.1.2归约机1.需求驱动·控制驱动：指令指针指向时。·数据驱动：输入到齐时。·需求驱动：需要输出时。也就是说，在需求驱动系统中，一个操作符仅在需要它的输出结果时才开始启动它，而不管这个操作符所需的输入是否已经到齐第7章未来计算机展望2。FFP归约机结构(1)线性L单元阵列：是一个带有逻辑功能的存储系统，它不仅存放FFP表达式(即程序)，还执行大部分处理工作，相当于人脑中的细胞单元，既有记忆功能，又有处理功能。L单元的线性连接仅仅是为了存储管理。(2)前端机：控制整个系统，包括对

8、FFP机使用的基本操作进行定义、控制辅助存储器、管理I/O等。(3)辅助存储器：作为L存储器的扩充。L中的内容溢出时，要把溢出部分移入辅助存储器。(4)互连网：L单元间经互联连网进行通信，互连网还具有某些处理功能。最简单的互连网结构是二叉树第7章未来计算机展望辅助存储器辅助存储器前端机互连网LL…L图6.42二叉树结构的FFP机TTTTTTTLLLLLLLL