計算機系統(tǒng)結(jié)構63

1、第八章 計算機系統(tǒng)結(jié)構計算機組成原理1內(nèi)容簡介 計算機系統(tǒng)結(jié)構是指機器語言一級的程序員所看到的計算機屬性。本章詳細介紹流水線技術，包括先行控制技術、流水線原理、流水線性能分析、相關和相關的處理方法、超標量處理機和超流水線處理機等。討論系統(tǒng)結(jié)構中的并行性問題、單機和多機系統(tǒng)中并行處理的實現(xiàn)以及突破馮諾依曼型結(jié)構的新型計算機系統(tǒng)結(jié)構。從而了解新一代計算機的發(fā)展動向。 28-4 新型計算機系統(tǒng)結(jié)構8-3 多處理機8-2 向量處理機8-1 流水線技術本章主要內(nèi)容3流水線技術 提高計算機的處理速度就要提高處理機指令執(zhí)行的速度，人們采取的辦法通常有三種：1提高處理機的工作主頻。2采用更好的算法和設計更好的

2、功能部件。3采用指令級并行技術。 3是目前和將來提高處理機指令執(zhí)行速度的一條主要途徑。48-1-1 先行控制技術1指令的重疊執(zhí)行方式 處理機在執(zhí)行多條指令時，有多種執(zhí)行控制方式：順序方式、重疊方式、先行控制方式、流水線控制方式等，我們先從最簡單的來講。一條指令的執(zhí)行過程可以分為多個階段，通常，把條指令的執(zhí)行過程分為3個階段。 取指令 分析指令 執(zhí)行指令時間 t5 取指令階段：按照指令計數(shù)器的內(nèi)容訪問主存儲器，取出一條指令送到指令寄存器。 分析指令階段：對指令的操作碼進行譯碼后，按照給定的尋址方式和地址字段中的內(nèi)容形成操作數(shù)的地址，并用這個地址讀取操作數(shù)，操作數(shù)可能在主存儲器或寄存器中。 指令階

3、段：是指根據(jù)操作碼的要求，完成指令規(guī)定的功能，在此期間，要把運算結(jié)果寫到寄存器或主存儲器中。 6指令的幾種執(zhí)行方式 7 假設取指令、分析指令和執(zhí)行指令的時間都相等，每段的時間都為t，執(zhí)行一條指令的時間為T1，則T1=t取指令+t分析指令+t執(zhí)行指令=3t， （1）順序執(zhí)行方式如圖82（a）所示，采用順序執(zhí)行方式執(zhí)行n條指令所用時間為：Tn=3tn=3nt （2）一次重疊執(zhí)行方式如圖82（b）圖所示。這是一種最簡單的重疊方式，把執(zhí)行第k條指今與取第k十1條指令同時進行。則執(zhí)行n條指令所用的時間為： Tn=3t+2t（n-1）=（1+2n）t （3）二次重疊執(zhí)行方式。如圖82（c）所示，我們?nèi)绻?/p>

4、取第k十1條指令提前到與分析第k條指令同時進行，那么，分析第k十l條指令會與執(zhí)行第k條指令同時進行，則執(zhí)行n條指令所用的時間為：T=3t+t（n-1）=（2+n）t8 采用一次重疊執(zhí)行方式，指令的執(zhí)行時間縮短了近二分之，而且各功能部件在并行工作，利用率明顯提高。 采用二次重疊執(zhí)行方式能夠?qū)⒅噶畹膱?zhí)行時間縮短近三分之二，進步提高了指令的執(zhí)行速度。但是處理機中同時在取指令、分析和執(zhí)行指令，因此，要把順序執(zhí)行方式中的一個集中的指令控制器分解為三個相對獨立的控制器來同時發(fā)出三種控制信號，它們是主存儲控制器，指令控制器，運算控制器。另外，在指令分析或指令執(zhí)行過程中都要訪問主存儲器取指令，存在解決訪問主存

5、儲器的沖突問題。 現(xiàn)代計算機的指令系統(tǒng)非常復雜，我們前面假設的情況是一種理想狀態(tài)，在實際當中，各種指令難以做到“分析”與“執(zhí)行”時間始終相等，所以二次重疊執(zhí)行方式是種理想的指令執(zhí)行方式。92先行控制技術 要解決二次重疊執(zhí)行方式中存在的訪問主存儲器的沖突問題，方法有三種：第一，把主存儲器分成兩個獨立編址的存儲器，一個專門存放指令，稱為指令存儲器，另一個專門存放操作數(shù)，稱為數(shù)據(jù)存儲器。兩個存儲器同時獨立訪問，解決了取指令和讀操作數(shù)的沖突。第二，指令和數(shù)據(jù)仍然混合存放在同一個主存作儲器內(nèi)，采用低位交叉存取方式。第三，解決訪問存儲器沖突的根本辦法是處理機結(jié)構作較大的改變，采用先行控制技術。 10 先行

6、控制的基本思想是使分析部件和執(zhí)行部件能分別連續(xù)不斷地分析和執(zhí)行指令，這種技術實際上是預處理技術和緩沖技術的結(jié)合，即通過對指令流和數(shù)據(jù)流的預處理和緩沖，能夠盡量使指令分析器和指令執(zhí)行部件獨立地工作，并始終處于忙碌狀態(tài)。這樣，就能夠使取指令、分析指令和執(zhí)行指令重疊起來執(zhí)行。使指令分析器和執(zhí)行部件能盡量地連續(xù)工作。而且，在采用了緩沖技術和預處理技術之后，運算器能夠?qū)Ｐ母蓴?shù)據(jù)的運算、從而大幅度提高指令的執(zhí)行速度。在正常情況下，處理機中同時有三條指令在執(zhí)行。 先行控制技術最早在IBM公司研制的機器中采用。目前，先行控制技術是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中被普遍采用的一項重要技術，許多處理機中都已經(jīng)采用了這種技術，包括

7、超流水線處理機和超標量處理機等。118-1-2 流水線 流水處理技術是在重疊、先行控制方式的基礎上發(fā)展起來的，它基于重疊的原理，但卻是在更高程度上的重疊。 流水線方式是把一個重復的過程分解為若干個子過程，每個子過程可以與其他子過程同時進行。由于這種工作方式與工廠中生產(chǎn)流水線十分相似，因此，把它稱為流水線工作方式。 121流水線工作原理 根據(jù)上面的重疊技術和先行控制技術,進一步發(fā)展應用就是標量流水技術。假如把一條指令的解釋過程進一步細分成取指、譯碼、執(zhí)行、訪存、寫回寄存器五個子過程，并用五個獨立的功能部件分別處理每個子過程。那么就像工廠中的流水線，五個子部件可以同時對不同的五條指令中的相對應的子

8、過程進行操作。 在流水技術中有如下一些特點：（1）一條流水線由多個流水段組成。（2）每個流水段有專門的功能部件對指令進行某種加工。（3）各流水段所需時間是一樣的。（4）在理想情況下，在流水線上，每隔t時間將會有一個結(jié)果流出流水線。13 描述流水線常用的方法是用“時空圖”。在時空圖中，橫坐標表示時間，也就是輸入到流水線中的各個任務在流水線中所經(jīng)過的時間。當流水線中的各個功能部件的執(zhí)行時間都相等時、橫坐標被分割成相等長度的時間段，縱坐標表示空間，即流水線的各個子過程。在時空圖中，流水線的一個子過程通常稱為“功能段”。前面的例子用時空圖描述如圖8-3所示。 142流水線的分類 從不同的角度，按照不同

9、的觀點可以把流水線分成多種不同的種類。從名稱上能反映這種流水線在某一方面的特點或性能。 （1）按流水線結(jié)構分類 如圖8-4（a）所示，按照流水線的各個功能段之間是否有反饋信號,可以把流水線分為線性與非線性流水線兩類。 線性流水線中，輸入數(shù)據(jù)從流水線的一端進入，另一端輸出，各功能段逐個串接起來。如圖8-4（a）所示，這種方式下，數(shù)據(jù)在流水線中的各個功能段僅僅流過一次。所以通常一條線性流水線只能完成種固定的功能。 非線性流水線中，除有串行連接通路外，還有反饋回路，在流水過程中，某些功能段要重復使用。如圖8-4（b）所示，功能段S2的輸出又被反饋回送給S2的輸入端。因為，功能段S2可能要被多次調(diào)用，

10、所以這時流水線中數(shù)據(jù)由輸入端到輸出端不再是經(jīng)過原來的三個時鐘周期，還要加上反饋回路多次調(diào)用的執(zhí)行周期。15 非線性流水線中，除有串行連接通路外，還有反饋回路，在流水過程中，某些功能段要重復使用。如圖8-4（b）所示，功能段S2的輸出又被反饋回送給S2的輸入端。因為，功能段S2可能要被多次調(diào)用，所以這時流水線中數(shù)據(jù)由輸入端到輸出端不再是經(jīng)過原來的三個時鐘周期，還要加上反饋回路多次調(diào)用的執(zhí)行周期。 圖84 線性與非線性流水線 16 在非線性流水線中，只用圖8-4（b）這樣一種連接圖不能表示出一個任務在非線性流水線中的實際流動的過程，還要用一張“預約表”，兩者共同來表示流水線的工作情況。在預約表中可

11、以很清楚地表示出反饋回路的使用次數(shù)。如圖8-5所示，它表示圖8-4（b）中S2在反饋回路僅重復使用次的預約表，圖中用“”表示功能段在相應的這一段時間內(nèi)有效，即任務經(jīng)過了這一個功能段。條非線性流水線可以對應有很多張預約表，一張預約表表示非線性流水線的一種工作方式。圖85 非線性流水線預約表 173流水線的性能 衡量流水線性能的主要指標有吞吐率、加速比和效率。（1）流水線吞吐率 最大吞吐率指流水線達到穩(wěn)定狀態(tài)后，單位時間內(nèi)處理的任務總數(shù)。實際吞吐率是指單位時間內(nèi)能處理的任務數(shù)或輸出結(jié)果的數(shù)量，它總是小于最大吞吐率。因為流水線有“裝入時間”和“排空時間”，以及其他因素也會影響流水線的連續(xù)流動。（2）

12、加速比：不使用流水線所用的時間與使用流水線所用的時間之比稱為流水線的加速比，即采用流水方式后的工作速度與順序串行方式的工作速度之比。（3）流水線效率：指流水線中各功能部件的利用率。184數(shù)據(jù)相關與控制相關 由于流水線中同時要處理多條指令，所以各種各樣的沖突幾率就會很大，比如在執(zhí)行一條指令的過程中，如果用到的指令、操作數(shù)、變址偏移量等正好是前面指令的執(zhí)行結(jié)果，則必須等待前面的指令執(zhí)行完成，并把結(jié)果寫到主存或通用寄存器中之后，本條指令才能開始執(zhí)行；當后繼指令的操作數(shù)剛好是前一指令的運算結(jié)果的情況下，也會發(fā)生不協(xié)調(diào)的情況等等，類似這些沖突我們稱之為相關。 在流水線中相關分為兩大類，類是數(shù)據(jù)相關，另一

13、類是控制相關。流水線技術必須較好的解決解這些相關問題。19（1）數(shù)據(jù)相關 在采用先行控制方式的處理機中，數(shù)據(jù)相關有四種情況：它們是指令相關、主存操作數(shù)相關、通用寄存器相關和變址相關等。解決數(shù)據(jù)相關的方法有兩種： 一種方法是推后分析法，即在遇到數(shù)據(jù)相關時，就停頓后繼指令的執(zhí)行，直到前面指令的結(jié)果已經(jīng)生成后再繼續(xù)。另一種方法是設置專用路，即旁路技術，:就是使用專門設置的通路將產(chǎn)生的結(jié)果直接送往需要它的地方而不是通過寄存器再訪問，這樣就可使流水線不發(fā)生停頓。 在按序流動的流水線中，只可能出現(xiàn)主操作數(shù)相關?？赏ㄟ^定向傳送的方法解決。在非按序流動的流水線中，則各種相關都可能發(fā)生。在RISC機流水線中，還

14、存在一種裝入延遲。解決這種裝入延遲的辦法是采用硬件聯(lián)鎖或重排指令的優(yōu)化編譯方法。20（2）控制相關 控制相關是指由條件分支指令、轉(zhuǎn)子程序指令、中斷等引起的相關。例如：在執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令，前一條指令還沒有生成條件碼，當轉(zhuǎn)移發(fā)生時，將使流水線的流動受到破壞。為了減少因轉(zhuǎn)移引起的流水線性能損失，可采用下述方法： 一種是同數(shù)據(jù)相關的推后法。另一種是猜測法。盡早判別轉(zhuǎn)移是否發(fā)生，盡早生成轉(zhuǎn)移目標地址，加快和提前形成條件碼。推后法實現(xiàn)起來簡單，但是由于等待而降低了流水線效率，其他解決相關的方法在控制上要復雜一些。218-1-3 超標量處理機與超流水線處理機 一般的流水線處理機只有一條指令流水線，一個多功能

15、的操作部件，每個時鐘周期“取指令”和“分析”完成一條指令。另一種流水線處理機雖然也只有一條指令流水線，每個時鐘周期“取指令”和“分析”完成一條指令，但是有多個獨立的操作部件，可以同時并行工作，例如，定點算術邏輯部件、浮點加減法部件、乘除法部件、取數(shù)存數(shù)部件等。這種處理機通常稱為多操作部件處理機。22（1）超標量處理機 超標量處理機：一個時鐘周期內(nèi)能夠同時發(fā)射多條指令的處理機稱為超標量處理機。超標量處理機最基本的要求是必須有兩套或兩條以上完整的指令執(zhí)行部件，它是利用硬件資源重復來實現(xiàn)空間的并行操作。主要特點是：有多個性能不同的處理部件，將可并行執(zhí)行的指令送往不同的執(zhí)行部件，形成多條流水線并行處理

16、。 由于超標量處理機在一個時鐘周期內(nèi)能夠發(fā)射多條指令，因此，它對指令序列的要求與單流水線的標量處理機不同。在單流水線的標量處理機中，只有連續(xù)出現(xiàn)相同操作的指令序列時，流水線才能不“斷流”，功能部件的效率才能得到充分發(fā)揮。（2）超流水線處理機 超流水線處理機的工作方式與超標量處理機不同，在一個時鐘周期內(nèi)能夠分時發(fā)射多條指令的處理機稱為超流水處理機。它只需要增加少量硬件，通過各部分硬件的充分重疊工作來提高處理機性能。而超流水線處理機采用的是時間并行性。 為了進一步提高處理機的指令級并行度、可以把超標量技術與超流水線技術結(jié)合在一起，這就是超標量超流水線處理機。238-2-1 向量流水的基本概念1向量

17、數(shù)據(jù) 向量數(shù)據(jù)是一組不相關數(shù)據(jù)的集合，向量元素之間的次序是固定的，而且所有的數(shù)據(jù)元素具有相同的結(jié)構，如數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度等屬性相同。所謂不相關即對向量中任意一個數(shù)據(jù)元素的操作，結(jié)果不影響到其他向量元素。比如有一個數(shù)組，我們要使數(shù)組中的每一個元素Ai都乘以一個數(shù)b，它們的結(jié)果互不影響，各自獨立。向量數(shù)據(jù)的參數(shù)有：起始地址：即第一個向量元素存放的地址。向量長度：即向量元素的數(shù)量。向量間距：即相鄰兩個向量元素之間的距離。242向量流水的主要特點 因為一個向量數(shù)據(jù)中，包含有N個數(shù)據(jù)元素，對這個向量數(shù)據(jù)處理一次，就是處理了N次數(shù)據(jù)，所以，一條向量指令就相當于多個標量數(shù)據(jù)的循環(huán)，而且向量指令所要訪問的向量

18、元素均相鄰，可以依次訪問它們，比一串標量指令操作快，并且消除了標量數(shù)據(jù)中由循環(huán)引起的控制相關。 向量流水線由于無數(shù)據(jù)相關、無程序轉(zhuǎn)移，流水線可以充滿，從而獲得較高的吞吐率和流水線效率。由于取一次指令便可以完成很長的向量運算，所以要求向量計算機的存儲器系統(tǒng)能提供給運算器連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流，以及接收來自運算器的連續(xù)不斷的運算結(jié)果，這是設計存儲器系統(tǒng)的困難之處。258-2-2 向量處理機的結(jié)構與性能 1向量處理機的結(jié)構系統(tǒng)結(jié)構設計中所面臨的主要問題是，如何設計出一個能滿足運算器帶寬要求的存儲器系統(tǒng)。目前向量計算機采用兩種方法：（1）利用幾個獨立的存儲器完成對相互獨立的數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問。從而達到所要求的存

19、儲器帶寬，即存儲器存儲器結(jié)構。（2）構造一個具有所要求帶寬的高速中間存儲器，并能實現(xiàn)該高速中間存儲器與主存儲器之間的快速數(shù)據(jù)交換，即寄存器寄存器結(jié)構。26 存儲器-存儲器結(jié)構的向量處理機的工作特點，是向量操作的源向量都取自內(nèi)存，且操作生成的結(jié)果向量也存放到內(nèi)存中；而寄存器寄存器結(jié)構的向量處理機，則都取自或存放到向量寄存器中。 在向量機中，為了加快向量操作，采用多個獨立的功能部件，并使它們并行工作。因為這些部件都是獨立的，所以只要符合下面的條件，它們就可以并行工作：(1)不存在向量寄存器使用沖突：向量寄存器使用沖突就是指多條并行工作的向量指令中的源向量或結(jié)果向量使用相同的向量寄存器。 (2)不存

20、在功能部件使用沖突：功能部件沖突是指多條向量指令都要使用同一個功能部件，如兩條向量指令都是加法運算時，浮點加的功能部件就無法同時滿足，而發(fā)生沖突。 278-3 多處理機系統(tǒng)1多處理機系統(tǒng)的組成多處理機系統(tǒng)的組成有以下幾部分：(1)兩個或兩個以上功能大致相同的處理器；(2)由所有處理器共享的一個公共主存和I/O通道、控制器和外設；(3)在處理器和程序之間實現(xiàn)作業(yè)、任務、程序段、數(shù)組和數(shù)組元素等各級的全面并行。必須有統(tǒng)一控制的操作系統(tǒng)。282多處理機系統(tǒng)的特點 多處理機系統(tǒng)屬于多指令流多數(shù)據(jù)流（MIMD）結(jié)構，與屬于單指令流多數(shù)據(jù)流（SIMD）計算機有很大的不同，流水線機、并行處理機都屬于SIMD

21、計算機，多處理機實現(xiàn)的是任務作業(yè)一級的并行，SIMD計算機只能實現(xiàn)指令間的并行操作。所謂任務級是指比較獨立的程序段，也就是同時并行執(zhí)行多段程序。在結(jié)構上多處理機系統(tǒng)中的每個處理機都需要有各自的控制部件，以執(zhí)行各自的程序，并用復雜的互連網(wǎng)絡實現(xiàn)各個處理機間的通信；在算法上也不局限于某種算法，而是充分利用通用算法的各種并行性；在系統(tǒng)軟件上要解決多處理機的資源的管理與進程調(diào)度等多種問題。因而，多處理機具有較強的通用性，適用于向量、標量、各種數(shù)據(jù)的不同處理，也適用于多種算法，結(jié)構靈活，可以實現(xiàn)多種機間連接，圖8-8是一種多處理機結(jié)構。 298-3-2多處理機結(jié)構 多處理機在系統(tǒng)結(jié)構上分為兩類：緊耦合系

22、統(tǒng)和松耦合系統(tǒng)。（1）松耦合系統(tǒng) 松耦合系統(tǒng)也稱為間接耦合系統(tǒng)，通常通過通道或通信線路實現(xiàn)機間聯(lián)系，通過消息傳遞方式來實現(xiàn)處理機間的相互通信，信息傳送的速度較慢，而且每個處理機是一個獨立性較強的計算機模塊。308-3-2多處理機結(jié)構（2）緊耦合系統(tǒng) 緊耦合系統(tǒng)也稱為直接耦合系統(tǒng)，目前大多數(shù)多處理機系統(tǒng)都屬于緊耦合系統(tǒng)。緊耦合是通過共享主存實現(xiàn)處理機間的互相通信，主存儲器對所有的處理機有一個統(tǒng)一的地址編址。系統(tǒng)中的各臺處理機既可以共同執(zhí)行一個任務，也可以同時執(zhí)行幾個程序。各處理機通過一個公共的硬件資源連接在一起，處理機間的相互聯(lián)系比較緊密。按所用處理機類型是否相同及對稱，又可分為同構或異構及對稱

23、或非對稱的形式。常見組合是同構對稱式和異構非對稱式多機系統(tǒng)。318-4-1計算機系統(tǒng)結(jié)構的新概念 各種不同的系統(tǒng)結(jié)構按照計算機內(nèi)部的控制機制可分為控制驅(qū)動、數(shù)據(jù)驅(qū)動、需求驅(qū)動和模式匹配四種類型。 1.控制驅(qū)動這是傳統(tǒng)的馮諾依曼系統(tǒng)結(jié)構使用的控制方式，計算機中有一個程序計數(shù)器PC，每執(zhí)行一條指令，程序計數(shù)器就自動加“1”，指向下一條指令的地址單元，可見程序的執(zhí)行是在程序計數(shù)器的控制下進行的，當它指向某條指令時，才驅(qū)動該條指令的執(zhí)行。我們把這種方式稱為控制驅(qū)動。322數(shù)據(jù)驅(qū)動 數(shù)據(jù)驅(qū)動控制方式，與上面的控制驅(qū)動方式不同，它的指令不是在控制下順序執(zhí)行的，當且僅當指令所需要的數(shù)據(jù)可用時，指令就可執(zhí)行，

24、即任何指令只要它所需要的操作數(shù)全部齊備且可用時，這些指令就可以同時執(zhí)行，不需要程序計數(shù)器?？梢娭噶畹膱?zhí)行不受其他控制條件的約束。這種方式中，不使用變量，不存在數(shù)據(jù)共享等。數(shù)據(jù)驅(qū)動的原理形成了兩個優(yōu)點：指令的執(zhí)行是無序的，完全受數(shù)據(jù)流的驅(qū)動，與指令在程序中出現(xiàn)的先后順序無關。直接支持函數(shù)語言，有利于開發(fā)程序中各級的并行性，而且有利于改善軟件環(huán)境，縮短軟件的研制時間。333需求驅(qū)動在需求驅(qū)動的系統(tǒng)結(jié)構中，需要執(zhí)行哪一條指令時，該指令就被驅(qū)動執(zhí)行，我們舉例說明，例如：求X=（Y+Z）/（1-Y），用函數(shù)的形式可以表示成，求X=f（u）,f (u )=h (v )+ g (w)，h(v)=Y+z，g(

25、w)=1-y，需求驅(qū)動的執(zhí)行過程是這樣的：求X，就必須求f（u），求f (u )就必須求h (v )和 g (w)。4模式匹配驅(qū)動模式驅(qū)動控制方式是，給定模式匹配符號串，搜索與該對象相匹配的對象，一旦匹配就驅(qū)動執(zhí)行該指令。348-4-2新概念系統(tǒng)結(jié)構計算機 1數(shù)據(jù)流計算機（1）驅(qū)動原理 在數(shù)據(jù)流計算機中有兩種驅(qū)動方式，種是數(shù)據(jù)驅(qū)動方式。只要某一個操作所要求的輸入數(shù)據(jù)全部到齊而且可用時。該操作就可以立即執(zhí)行，另一種是需求驅(qū)動驅(qū)動方式。只有當某一個函數(shù)需要某個自變量時才驅(qū)動對該自變量的求值操作，在數(shù)據(jù)流計算機沒有變量的概念，在指令之間直接傳送數(shù)據(jù)，有純函數(shù)的特點。數(shù)據(jù)流計算機中數(shù)據(jù)流運算具有異步性

26、、并行性、函數(shù)性和局部性的特點。35 需求驅(qū)動方式與數(shù)據(jù)驅(qū)動方式相比可以減少許多不必要的操作，有助于提高處理機的工作效率。但需求驅(qū)動方式實現(xiàn)起來更為困難，目前的數(shù)據(jù)流計算機一般采用數(shù)據(jù)驅(qū)動方式。（2）數(shù)據(jù)流計算機模型 在數(shù)據(jù)流計算機中，信息項以操作包和數(shù)據(jù)“令牌”形式出現(xiàn)。操作包由操作碼、操作數(shù)和其后繼指令所在地組成。令牌實質(zhì)是一種表示某一操作數(shù)或參數(shù)已準備就緒的標志數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流機根據(jù)對數(shù)據(jù)令牌處理方式的不同，可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩類結(jié)構。362面向函數(shù)程序設計語言的歸約機 歸約機和數(shù)據(jù)流機一樣，都是基于數(shù)據(jù)流的計算模型，但其驅(qū)動方式是采用需求驅(qū)動。在這種模型中，某條指令的執(zhí)行，僅當其他指令需要

27、用它時才會進行。 歸約機是一種面向函數(shù)程序設計語言的計算機，指令的執(zhí)行順序取決于這些指令產(chǎn)生結(jié)果數(shù)據(jù)的需求，而這種需求又源于函數(shù)式程序設計語言對表達式的歸約。 歸約機按其歸約模型可分為串歸約機和圖歸約機兩類。兩者的主要區(qū)別是對函數(shù)表達式所使用的存儲方式不同，前者以字符串形式存儲而后者以圖的形式存儲。 373人工智能計算機 隨著計算機應用領域的不斷擴大，計算機在人工智能AI領域中的發(fā)展極為迫切。智能機是一個知識信息處理系統(tǒng)，必須解決好有關知識的獲取、表示、存儲、處理和應用等諸方面的問題，使計算機能更好地模擬人類大腦的思維活動。這一領域中的處理有著其特殊性，主要表現(xiàn)在：（1）AI主要的處理的對象是

28、符號，不是數(shù)值。這是因為人們在現(xiàn)實生活中遇到的問題大多數(shù)是非數(shù)值問題。（2）AI系統(tǒng)由于能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和知識的采集、存儲、查詢、刪除和修改等功能，能夠有效維護數(shù)據(jù)庫和知識庫的致性及完整性，所以數(shù)據(jù)具有動態(tài)的不確定性。（3）AI系統(tǒng)由于大量的知識存儲，所以存在知識管理問題等。38 目前，人工智能計算機系統(tǒng)分為三類：它們分別是基于語言的智能機、基于知識的智能機和智能化的I/O接口。它們都具有非常龐大的數(shù)據(jù)和知識的存儲器，并能夠采集、使用、存儲和處理大量的數(shù)據(jù)和各種各樣的人類知識。AI的關鍵技術是如何對數(shù)據(jù)進行快速的處理和傳送，即高速數(shù)據(jù)處理技術。39 習 題8.1什么是先行控制？8.2什么是流水線的

29、吞吐率？最大、實際吞吐率？加速比？效率？8.3什么是數(shù)據(jù)相關沖突、控制轉(zhuǎn)移沖突？如何解決？8.4流水線中處理的數(shù)據(jù)分哪兩種？特點是什么？8.5多處理機操作系統(tǒng)的組成有什么？8.6計算機按控制機制可分為哪幾類？各類有何特點？傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構、數(shù)據(jù)流結(jié)構、歸約機結(jié)構各屬于什么驅(qū)動？8.7靜態(tài)數(shù)據(jù)流機有何特點？動態(tài)數(shù)據(jù)流機有何特點？8.8什么是歸約機？可分為哪兩類？它們是如何區(qū)分的？8.9人工智能機有哪些特征？8.10AI計算機可分為哪幾類？40NbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*

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