10.2 Принцип вычислений на основе управления потоком данных. Машины потоков данных (мпд). Архитектура. Достоинства и недостатки мпд.
Вместо управления командами используются принципы управления на основе потоков данных. Пусть необходимо вычислить корни квадратного уравнения: ах2+bх+с=0
Машины, использующие такой принцип, называются машинами потоков данных. При этом каждый поток выполняется независимо от другого потока. Блок срабатывает независимо от других блоков, если на его входе есть вся необходимая информация. Блоки работают асинхронно без специальных команд управления. Применяются в СИИ т.к. достаточно просто реализуют логическую обработку.
Функционирование МПД.
Специальный язык Денниса, на котором решение задач представляет собой направленный граф, который разворачивается во времени. Для описания программы специальные элементы:
Е
сли
есть на входе два операнда, то операция
выполняется. Такие операнды называются
токены. Условие выполнения операций –
наличие соответствующих операторов на
входе блока выполнения операций. Токены
бывают: собиратель, размножитель,
операционный блок, F-функция,
арбитр, F-вентиль,
T-вентиль.
Пакет (ячейка памяти)
Код операции |
Адреса назначения |
||
Вентильный код |
Вент. флаг |
Флаг данных |
Данные |
Вентильный код |
Вент. флаг |
Флаг данных |
Данные |
Вентильный код определяет вариант управления выполнения пакета.
Флаг данных показывает наличие или отсутствие операндов в поле данных. Вентильный флаг – поступил ли управляющий пакет .
Архитектура МПД
Данные хранятся в пакетах данных – в активных ячейках памяти. В активной памяти находятся пакеты, готовые к выполнению.
Основа МПД – активная память, пакеты в ней. МПД включает в себя: 3 вида сетей, операционные блоки, блоки принятия решений.
Управляющая сеть предназначена для выбора ячеек команд, которые отсылают управляющие пакеты. Распределительная сеть распределяет пакеты по соответствующим ячейкам. Селекторная сеть предназначена для тнсылки готовых пакетов на операционные блоки иблоки принятия решений.
Т.о. пакеты могут циркулировать по трем типам сетей. Управляющие пакеты через управляющую сеть, а информационные пакеты через селекторную и распределительную сети. Пакет может находиться в состоянии выполнения и ожидания. Все операции выполняются асинхронно, что позволяет реализовать принцип вычисления по необходимости.
В селекторной сети адрес назначения определяется кодом поля операции (полем КОП).
Для пакетов в распределительной и управляющей сетях, пункт назначения определяется полем адресов назначения. Дополнительная информация не нужна, в отличие от фон Неймановской машины, не нужно расшифровывать адрес, по которому необходимо передавать информацию пакету, следовательно, уменьшается время выполнения операции и увеличивается пропускная способность.
Для передачи пакетов по сетям существует два основных типа элементов:
Селектор – много входов, один выход.
Переключатель – с одного входа, на много выходов.
Кроме них существует два дополнительных элемента:
Буфер.
Преобразователи кодов информации.
1-й уровень параллелизма в МПД – асинхронная и параллельная передача пакетов по сетям. 2-ой: одновременное выполнение пакетов на многих процессорах высокая скорость передачи информации. Естественный параллелелизм.
Достоинства МПД.
Высокая степень однородности арифметических и логических блоков и блоков принятия решений, что удешевляет процесс обработки информации.
Наличие большого числа операционных блоков и блоков принятия решений, которое можно непрерывно наращивать.
При организации сетей передачи информации (3 шт.) так же используются простые однородные элементы, состоящие из селекторов, переключателей, буферов и преобразователей кодов, следовательно, не требуется разработки специальных СБИС, следовательно, низкая стоимость машины. Высокая производительность системы обеспечивается двумя уровнями параллелизма: на уровне процессоров и тракта передачи информации.
Недостатки МПД.
Возможное переполнение трактов сетей передачи информации.
Возможность появления тупиковых ситуаций.
Тупиковая ситуация возникает в том случае, когда несколько объектов обращаются к одному ресурсу и требуется завершение операции над одним объектом, чтобы смог работать второй. Радикальный способ избегать тупиковых ситуаций - посылка сигнала подтверждения, т.е. сигнала обратной связи. Для этого к функциональному блоку добавляют еще один вход – сигнальный.