6.5 Потоковые вычислительные системы

Под потоковыми ВС понимают обычно ВС, управляемые потоком данных (Data Flow). Это довольно интересный класс вычислительных систем, в которых очередной поток вычислений в соответствии с алгоритмом инициируется не очередными инструкциями программы, а готовностью к обработке необходимых данных. С каждой операцией в программе связан набор ее операндов, которые снабжаются флагами готовности к обработке. При установке всех флагов операция отправляется на выполнение. Потенциально такой подход позволяет достичь высокой степени параллелизма, так как потоковая архитектура пытается извлечь максимальный параллелизм из всех заданных вычислений.

Эффективность подобных структур во многом определяется эффективным программированием, задачей которого является формулировка задачи в терминах параллельных и независимых операций. На первый план выходит не эффективное построение процедуры вычислений, а выявление взаимосвязей между потоками данных в задаче. В значительной степени это задача соответствующего оптимизирующего компилятора.

Известно много проектов потоковых вычислительных систем, среди них можно отметить Манчестерскую ВС (Манчестерский университет), Tagged Token, Monsoon (Массачусетский технологический институт), Sigma, EMS, EMC-4 (Тсукуба, Япония), RAPID (проект Sharp - Mitsubishi - университет Осаки, Япония) и др. Как утверждает ряд авторов, многие интересные проекты Data Flow не были по достоинству оценены производителями вычислительной техники, в силу нетрадиционности подхода.

С другой стороны, потоковые вычисления нашли применение в современных суперскалярных процессорах и процессорах с длинным командным словом. Причем если в VLIW - структурах задача выявления параллельных потоков в большей степени решается программным обеспечением, то в суперскалярных процессорах логика управления многопотоковым конвейером как раз и реализует механизм, напоминающий управление потоком данных, но средствами самого процессора. Действительно, последовательный поток инструкций программы в суперскалярном процессоре транслируется в параллельные потоки внутренних инструкций, операнды которых снабжаются признаками готовности, которые, в том числе, зависят и от работы механизма динамической оптимизации команд.

Так что системы, управляемые потоком данных, так или иначе, находят применение в современной вычислительной технике.

Литература:

1. Пятибратов А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации - М., Финансы и статистика, 2002.

2. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы.- М.: Энергоатомиздат, 1991.

3. Нортон П., Гудмен Д. Внутренний мир персональных компьютеров, 8-е издание. Избранное от Питера Нортона: Пер. с англ. - К.: Издательство "ДиаСофт", 1999.-584 с.

4. Таненбаум Э.С. Архитектура компьютера, 4-е издание - С-Пб.:"Питер- пресс", 2002. -704с.

5. Столингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем, 5-е изданеие. - М.: Изд. дом Вильямс, 2002. - 896с.

6. Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры. - М.: "Нолидж", 2000.- 320с., ил.

7. Корнеев В.В. Параллельные вычислительные системы. - М.: "Нолидж", 1999.- 320с., ил.

8. .Егунов В.А. Системы памяти. Учебное пособие; ВолгГТУ, 2000 г. 16.Murdocca M., Heuring V. Principles Of Computer Architecture, 1999., Prentice

9. Цилькер Б. Я., Орлов С. А. Организация ЭВМ и систем. Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2004. - 668 с.

10. Хамахер К., Вранешич З., Заки С. Организация ЭВМ. 5-е изд. – СПб., Питер, 2003. – 848 с.

11. М. Гук, Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия. – СПб., Питер,

2001. – 928 с.

12. Павлов В.П. Организация ЭВМ и систем. – Самара: СГАУ, 2000. –182с.

Дополнительная литература

1. М. Гук. Процессоры intel от 8086 до Pentium 2. Архитектура, интерфейс, программирование. – СПб.: Питер, 1997. – 222 с.

2. Фролов А.В., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение персонального компьютера. М.: Диалог – Мифи, 1997.- 304 с.

3. М. Гук. Процессоры Pentium 2, Pentium Pro и просто Pentium. Архитектура, интерфейс, программирование. – СПб.: Питер, 1999.– 288 с.

4. Корнеев В.В., Киселев А.В. Современные микропроцессоры. – М.: Нолидж, 2000. – 320с.

4