Вычислительные модели (системы) с управлением потоком данных (потоковые машины) и редукционные машины

 

Особенностью потоковых машин является то, что последовательность вычислений задается не последовательностью команд, что характерно для неймановской архитектуры, а по мере готовности данных для выполнения команд. Данные загружаются в операционное устройство, если оно свободно, и для определенной команды имеются все необходимые данные.

Принципиальным отличием от неймановских машин является то, что команды выполняются не в порядке их следования, а по готовности операндов. Как только на входе операционного блока появляются данные, соответствующая команда блока захватывает эти данные и выполняется соответствующая операция. Машины, основанные на модели с потоком данных, называются потоковыми:

- отсутствие побочного эффекта;

- эффективная реализация параллельных вычислений.

 

Пример. a = (b+c)*(b-c). Для отображения хода процесса используются специальные «фишки». Потоковые принципы описываются с помощью графов и сетей Петри.

 

 

 

 

Такой подход используется в параллельных системах: однородных вычислительных средах (однотипные архитектуры процессоров (процессорных элементов ПЭ), настаиваемых на выполнение определенных программ; передача данных с использованием средств коммутации.

 

 

Рис.

Принцип управления вычислительным процессом на основе потока данных используется в современных микропроцессорах, в частности, в суперскалярных архитектурах (Рис.). Сущность этих процессов состоит в следующем. Команда имеет код операции, может содержать два операнда, а также имеет два разряда (теги) для идентификации наличия (готовности) операндов к вычислениям. Команды хранятся в ячейках команд. Устройство управления при обнаружении двух единиц (двух готовых операндов) в одной из команд анализирует наличие среди операционных устройств (ОУ) свободное, которое по функциональным возможностям может реализовать операцию данной команды. При наличии такого устройства код операции и коды операндов передаются через операционный компилятор в соответствующее выбранное операционное устройство. Полученный результат записывается в память по адресу, указанному в команде.

Механизм редукционных машин основа н на принципе редукции, т.е. сокращения посредством перезаписи строк символов (формул) в программе или сокращения в графах.

Запуск вычислений осуществляется при необходимости получения данных.

Пример. Исходные данные: граф программы, находящийся в памяти. a = (b+c)*(b-c).

В памяти:

а)

b)

 

c) d)

 

 

Нет побочного эффекта. Реализуется последовательность решения математических выражений. Это направление удобно для параллельной реализации.