计算机系统结构(计算机类)第9篇.pdf

第9章 数据流计算机系统结构 第9章 数据流计算机系统结构 9.1 程序流机制 9.2 计算机模型分类 9.3 数据流程序图和数据流语言 9.4 数据流机的基本结构 习题9 第9章 数据流计算机系统结构 9.1 程序流机制 9.1.1 控制流和数据流 传统的Von Neumann计算机用程序计数器PC确定程 序中指令执行的顺序，PC 由程序中的指令流来定序。 这种顺序运行方式，因程序流为程序员显式控制，故 被称为控制驱动。 第9章 数据流计算机系统结构 控制流计算机用共享存储器来保存程序指令和数据 对象，共享存储器中的变量可被多条指令修改。由于 存储器是共享的，所以一条指令执行后可能会对其它 指令产生副作用。在很多情况下，副作用会妨碍并行 处理。 事实上，由于采用控制驱动机制，因此单处理机计 算机本质上是顺序的机器。但是控制流可以用并行语 言结构或并行编译器构成并行的控制流。 第9章 数据流计算机系统结构 在数据流计算机中，指令的执行是由数据可用性来 驱动的，而不是由程序计数器控制。理论上讲，任何 指令只要操作数可用，应该说是做好了执行的准备。 数据驱动程序中的指令不用任何方式来排定次序。数 据直接保存在指令内，不是存在共享存储器中。 计算结果（数据令牌）直接在指令之间传送。一条 指令产生的数据可被复制成多份副本直接送给所有缺 乏数据的指令。数据令牌一旦被一条指令使用后，它 就不能再被其它指令重复使用。 第9章 数据流计算机系统结构 这种数据驱动方式不需要共享存储器，不需要程序 计数器，也不需要控制定序器。但是它需要有专门的 机构来检测数据可用性，将数据令牌和缺乏数据的指 令进行匹配，同时使指令执行的异步链接作用得以实 现。没有存储共享就不会产生副作用。 第9章 数据流计算机系统结构 9.1.2 数据流驱动的基本原理 与传统的冯·诺依曼计算机不同，数据流计算机是采 用数据驱动的计算模型，有利于并行性的开发。 数据驱动的数据流方式是指：只要一条或一组指 令所要求的操作数全部准备就绪，就可立即激发相应 的指令或指令组执行。执行结果的输出将送往等待这 一数据的下一条或下一组指令。也就是说，在数据流 计算机中，一条指令能否执行的主要依据是：它所需 要的操作数是否已经全部到达。 第9章 数据流计算机系统结构 因此在这种机器上不需要程序计数器。一条指令执行后 产生的结果并不送往存储器保存起来，以供其它指令 共享，而是直接流向所有需要该结果的指令，并作为 这些指令的操作数，驱动这些指令的执行。因此程序 执行时所需的数据是一次性生成和消费的，即时产生 即时使用，操作数直接以“令牌”(token)或“值” 的记号传 递而不是作为“地址”变量加以访问的。指令的执行基 本上是无序的，完全受数据流的驱动，与指令在程序 中出现的先后顺序无关。显然在数据流计算机中，程 序中众多指令的执行是异步并行进行的，只要所需的 操作数均已到达，又有可使用的计算资源，它们便可 同时执行，因此最有利于计算并行性的开发。 第9章 数据流计算机系统结构 在数据流计算机中，信息项以操作包和数据“令牌” 形式出现。操作包由操作码、操作数和其后继指令所 在地组成。数据“令牌”则由结果值和其去向目的地组 成,实质上是一种表示某一操作数或参数已准备就绪的 标志。众多的操作包和数据“令牌”在各个资源部件间 传递，因而数据流计算机可视为一种信息分组通信系 统结构，具有分布式多处理机组成形式。如图9.1 ，给 出了数据流计算机中的操作包和数据“令牌” 以及它在 系统中的传送情况。 第9章 数据流计算机系统结构 图9.1 数据流计算机中的操作包和数据令牌 第9章 数据流计算机系统结构 例9.1