第八章
1、什么脈動(dòng)陣列機(jī)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？
它是具有脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)的處理機(jī)。脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)由一些處理單元加上若干鎖存器構(gòu)成。陣列內(nèi)所有處理單元的數(shù)據(jù)鎖存器受同一時(shí)鐘控制，運(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)在陣列結(jié)構(gòu)的各個(gè)處理單元之間沿著各自的方向同步前進(jìn)。就象血管液流一樣，稱為脈動(dòng)陣列機(jī)。
脈動(dòng)陣列機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是：
（1）結(jié)構(gòu)簡單，規(guī)則，模塊化強(qiáng)，可擴(kuò)充性好；
（2）處理單元間數(shù)據(jù)通信距離短，規(guī)則，使數(shù)據(jù)流和控制流的設(shè)計(jì)，同步控制均簡單規(guī)整；
（3）脈動(dòng)陣列機(jī)中各處理單元同時(shí)運(yùn)算，并行性極高，可通過流水獲得很高的吞吐率；
（4）輸入數(shù)據(jù)被多個(gè)處理單元重復(fù)使用，減輕陣列與外界I/O通信量，降低系統(tǒng)對(duì)主存和I/O系統(tǒng)頻寬的要求。
脈動(dòng)陣列機(jī)的缺點(diǎn)是：其構(gòu)形與特定任務(wù)和算法密切相關(guān)，具有專用性，限制了應(yīng)用范圍。
2、什么是控制流工作方式？什么是數(shù)據(jù)流工作方式？對(duì)兩者進(jìn)行比較。
控制流工作方式是指計(jì)算機(jī)在程序計(jì)數(shù)器集中控制下，順次執(zhí)行指令。
數(shù)據(jù)流工作方式是只要一條或一組指令所要求的操作數(shù)全部準(zhǔn)備就緒，就可立即激發(fā)相應(yīng)的指令或指令組執(zhí)行，執(zhí)行的結(jié)果又可能激發(fā)等待該執(zhí)行結(jié)果的一些指令。下面對(duì)兩者進(jìn)行比較。
控制流方式：通過訪問共享存儲(chǔ)單元讓數(shù)據(jù)在指令間流動(dòng)；指令執(zhí)行順序隱含在控制流中，受程序計(jì)數(shù)器控制；專門使用控制操作符來實(shí)現(xiàn)并行處理；有程序計(jì)數(shù)器；有數(shù)組。
數(shù)據(jù)流方式：沒有共享存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的概念，是數(shù)據(jù)的顯式流動(dòng)（數(shù)據(jù)令牌）；受數(shù)據(jù)相關(guān)性的制約，基本上無序；不需要檢查和定義程序中的并行性；無程序計(jì)數(shù)器；無數(shù)組。
3、試簡述數(shù)據(jù)流機(jī)的特點(diǎn)
對(duì)提高并發(fā)處理效能非常有利。
（1）對(duì)強(qiáng)相關(guān)性的程序，數(shù)據(jù)流機(jī)的效能反而比傳統(tǒng)控制流機(jī)效率還低；
（2）在數(shù)據(jù)流機(jī)中為建立、識(shí)別、處理數(shù)據(jù)令牌標(biāo)記，需時(shí)間和空間開銷；
（3）數(shù)據(jù)流機(jī)不保存數(shù)據(jù)組，對(duì)數(shù)組、遞歸等高級(jí)操作較難管理；
（4）數(shù)據(jù)流機(jī)中變量代表數(shù)值不代表存儲(chǔ)單元，所以程序員無法控制存儲(chǔ)分配；
（5）數(shù)據(jù)流機(jī)中互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)困難，I/O系統(tǒng)也不完善；
（6）數(shù)據(jù)流機(jī)中沒有程序計(jì)數(shù)器，使診斷和維護(hù)較難。
4、簡述規(guī)約機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
規(guī)約機(jī)是需求驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)流型機(jī)器，驅(qū)動(dòng)的來源是表達(dá)式的規(guī)約，所以它必須針對(duì)函數(shù)程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)，支持函數(shù)式程序運(yùn)行。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
（1）面向函數(shù)式語言，或以函數(shù)式語言為機(jī)器語言非VonNeuman機(jī)器。要有函數(shù)定義存儲(chǔ)器和表達(dá)式存儲(chǔ)；操作和數(shù)據(jù)合并存儲(chǔ)。
（2）具有大容量物理存儲(chǔ)器并采用大虛存容量的虛擬存儲(chǔ)器，滿足規(guī)約對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配和所需存儲(chǔ)空間大的需求。
（3）處理部分應(yīng)當(dāng)是一種有多處理機(jī)并行的結(jié)構(gòu)形式，以發(fā)揮函數(shù)式程序并行處理的特長。
（4）采用適合于函數(shù)式程序運(yùn)行的多處理機(jī)互連結(jié)構(gòu)。
（5）使多處理機(jī)負(fù)荷平衡。
5、試簡單比較串規(guī)約機(jī)和圖規(guī)約機(jī)
串規(guī)約機(jī)是使用串規(guī)約方式工作的規(guī)約機(jī)。函數(shù)定義等的存儲(chǔ)方式是串；不能共享子表達(dá)式；多次應(yīng)用共享子表達(dá)的時(shí)間開銷大；要求存儲(chǔ)銜接；存儲(chǔ)空間利用率低；可靠性高。
圖規(guī)約機(jī)是使用圖規(guī)約方式工作的規(guī)約機(jī)。函數(shù)定義等的存儲(chǔ)方式是圖；能共享子表達(dá)式；多次應(yīng)用共享子表達(dá)的時(shí)間開銷?。徊灰蟠鎯?chǔ)銜接；存儲(chǔ)空間利用率高；可靠性低，存在單點(diǎn)瓶頸。
6、試比較靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)
（1）靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)的數(shù)據(jù)令牌無標(biāo)號(hào)；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)的數(shù)據(jù)令牌有標(biāo)號(hào)。
（2）靜態(tài)數(shù)據(jù)流任意給定時(shí)刻當(dāng)結(jié)點(diǎn)操作時(shí)每條弧上只能有一個(gè)數(shù)據(jù)令牌；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)中，任何一條弧上可出現(xiàn)多個(gè)不帶目標(biāo)號(hào)的數(shù)據(jù)令牌。
（3）靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)中必須設(shè)控制令牌以滿足要求；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)中不必設(shè)控制令牌，因?yàn)榱钆朴凶R(shí)別時(shí)間、先后關(guān)系的標(biāo)號(hào)；
（4）靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)不支持遞歸的并發(fā)激活，只支持一般循環(huán)；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流支持遞歸的并發(fā)激活。
（5）靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)不需硬件完成標(biāo)記的匹配；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)需要硬件將標(biāo)記附加在數(shù)據(jù)令牌上，并完成對(duì)標(biāo)記的匹配工作。
7、什么是MPP？什么是機(jī)群系統(tǒng)？將機(jī)群系統(tǒng)與傳統(tǒng)并行系統(tǒng)做比較。
MPP是大規(guī)模并行處理機(jī)，指用數(shù)百萬個(gè)高性能，低成本的RISC微處理器通過互連網(wǎng)絡(luò)互連，組成的SIMD或MIMD系統(tǒng)。
機(jī)群系統(tǒng)是將多個(gè)高性能工作站或高檔微型計(jì)算機(jī)使用高速通信網(wǎng)絡(luò)加以互連組成系統(tǒng)。
機(jī)群系統(tǒng)與傳統(tǒng)并行處理系統(tǒng)相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
（1）高的性能價(jià)格比。因?yàn)楣ぷ髡净蛭C(jī)都是批量生產(chǎn)，價(jià)格低；
（2）系統(tǒng)開發(fā)周期短，因?yàn)橹鳈C(jī)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)都不需要新設(shè)計(jì)；
（3）系統(tǒng)可擴(kuò)展性好。采用通用網(wǎng)絡(luò)，易于擴(kuò)展；
（4）系統(tǒng)資源利用率高，工作站的不能性能相互補(bǔ)充，結(jié)構(gòu)靈活；
（5）用戶投資風(fēng)險(xiǎn)小。每個(gè)出結(jié)點(diǎn)既可以進(jìn)行大規(guī)模并行處理也可做單機(jī)使用；
（6）用戶編程方便。不需修改編程環(huán)境。
8、簡單比較數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式和需求驅(qū)動(dòng)方式
相同點(diǎn)：都屬于數(shù)據(jù)流模型
不同點(diǎn)：
（1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的操作是按輸入數(shù)據(jù)的可用性決定次序的。需求驅(qū)動(dòng)操作是按數(shù)據(jù)需求所決定的次序進(jìn)行的。
（2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是提前求值策略，只要所要求的輸入數(shù)據(jù)全部就緒，即可驅(qū)動(dòng)操作進(jìn)行。需求驅(qū)動(dòng)是滯后求值策略。只有當(dāng)某一函數(shù)需用到一自變量時(shí)，才驅(qū)動(dòng)對(duì)該自變量的求值。
（3）需求驅(qū)動(dòng)比數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)可減少許多不必要的求值，系統(tǒng)效率高。
（4）需求驅(qū)動(dòng)比數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)更適合于面向函數(shù)程序設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。
9、什么是活動(dòng)膜片？
活動(dòng)膜片是數(shù)據(jù)流程序圖的一種表示方法，它接近于機(jī)器語言。數(shù)據(jù)流程序圖可看成是一組活動(dòng)膜片的集合。每個(gè)活動(dòng)膜片由4個(gè)域組成：操作碼域、兩個(gè)操作數(shù)域、目的域。實(shí)際上活動(dòng)膜片就是結(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)流機(jī)器內(nèi)部具體實(shí)現(xiàn)時(shí)的存儲(chǔ)器映象。
1、什么脈動(dòng)陣列機(jī)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？
它是具有脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)的處理機(jī)。脈動(dòng)陣列結(jié)構(gòu)由一些處理單元加上若干鎖存器構(gòu)成。陣列內(nèi)所有處理單元的數(shù)據(jù)鎖存器受同一時(shí)鐘控制，運(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)在陣列結(jié)構(gòu)的各個(gè)處理單元之間沿著各自的方向同步前進(jìn)。就象血管液流一樣，稱為脈動(dòng)陣列機(jī)。
脈動(dòng)陣列機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是：
（1）結(jié)構(gòu)簡單，規(guī)則，模塊化強(qiáng)，可擴(kuò)充性好；
（2）處理單元間數(shù)據(jù)通信距離短，規(guī)則，使數(shù)據(jù)流和控制流的設(shè)計(jì)，同步控制均簡單規(guī)整；
（3）脈動(dòng)陣列機(jī)中各處理單元同時(shí)運(yùn)算，并行性極高，可通過流水獲得很高的吞吐率；
（4）輸入數(shù)據(jù)被多個(gè)處理單元重復(fù)使用，減輕陣列與外界I/O通信量，降低系統(tǒng)對(duì)主存和I/O系統(tǒng)頻寬的要求。
脈動(dòng)陣列機(jī)的缺點(diǎn)是：其構(gòu)形與特定任務(wù)和算法密切相關(guān)，具有專用性，限制了應(yīng)用范圍。
2、什么是控制流工作方式？什么是數(shù)據(jù)流工作方式？對(duì)兩者進(jìn)行比較。
控制流工作方式是指計(jì)算機(jī)在程序計(jì)數(shù)器集中控制下，順次執(zhí)行指令。
數(shù)據(jù)流工作方式是只要一條或一組指令所要求的操作數(shù)全部準(zhǔn)備就緒，就可立即激發(fā)相應(yīng)的指令或指令組執(zhí)行，執(zhí)行的結(jié)果又可能激發(fā)等待該執(zhí)行結(jié)果的一些指令。下面對(duì)兩者進(jìn)行比較。
控制流方式：通過訪問共享存儲(chǔ)單元讓數(shù)據(jù)在指令間流動(dòng)；指令執(zhí)行順序隱含在控制流中，受程序計(jì)數(shù)器控制；專門使用控制操作符來實(shí)現(xiàn)并行處理；有程序計(jì)數(shù)器；有數(shù)組。
數(shù)據(jù)流方式：沒有共享存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的概念，是數(shù)據(jù)的顯式流動(dòng)（數(shù)據(jù)令牌）；受數(shù)據(jù)相關(guān)性的制約，基本上無序；不需要檢查和定義程序中的并行性；無程序計(jì)數(shù)器；無數(shù)組。
3、試簡述數(shù)據(jù)流機(jī)的特點(diǎn)
對(duì)提高并發(fā)處理效能非常有利。
（1）對(duì)強(qiáng)相關(guān)性的程序，數(shù)據(jù)流機(jī)的效能反而比傳統(tǒng)控制流機(jī)效率還低；
（2）在數(shù)據(jù)流機(jī)中為建立、識(shí)別、處理數(shù)據(jù)令牌標(biāo)記，需時(shí)間和空間開銷；
（3）數(shù)據(jù)流機(jī)不保存數(shù)據(jù)組，對(duì)數(shù)組、遞歸等高級(jí)操作較難管理；
（4）數(shù)據(jù)流機(jī)中變量代表數(shù)值不代表存儲(chǔ)單元，所以程序員無法控制存儲(chǔ)分配；
（5）數(shù)據(jù)流機(jī)中互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)困難，I/O系統(tǒng)也不完善；
（6）數(shù)據(jù)流機(jī)中沒有程序計(jì)數(shù)器，使診斷和維護(hù)較難。
4、簡述規(guī)約機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
規(guī)約機(jī)是需求驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)流型機(jī)器，驅(qū)動(dòng)的來源是表達(dá)式的規(guī)約，所以它必須針對(duì)函數(shù)程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)，支持函數(shù)式程序運(yùn)行。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
（1）面向函數(shù)式語言，或以函數(shù)式語言為機(jī)器語言非VonNeuman機(jī)器。要有函數(shù)定義存儲(chǔ)器和表達(dá)式存儲(chǔ)；操作和數(shù)據(jù)合并存儲(chǔ)。
（2）具有大容量物理存儲(chǔ)器并采用大虛存容量的虛擬存儲(chǔ)器，滿足規(guī)約對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配和所需存儲(chǔ)空間大的需求。
（3）處理部分應(yīng)當(dāng)是一種有多處理機(jī)并行的結(jié)構(gòu)形式，以發(fā)揮函數(shù)式程序并行處理的特長。
（4）采用適合于函數(shù)式程序運(yùn)行的多處理機(jī)互連結(jié)構(gòu)。
（5）使多處理機(jī)負(fù)荷平衡。
5、試簡單比較串規(guī)約機(jī)和圖規(guī)約機(jī)
串規(guī)約機(jī)是使用串規(guī)約方式工作的規(guī)約機(jī)。函數(shù)定義等的存儲(chǔ)方式是串；不能共享子表達(dá)式；多次應(yīng)用共享子表達(dá)的時(shí)間開銷大；要求存儲(chǔ)銜接；存儲(chǔ)空間利用率低；可靠性高。
圖規(guī)約機(jī)是使用圖規(guī)約方式工作的規(guī)約機(jī)。函數(shù)定義等的存儲(chǔ)方式是圖；能共享子表達(dá)式；多次應(yīng)用共享子表達(dá)的時(shí)間開銷?。徊灰蟠鎯?chǔ)銜接；存儲(chǔ)空間利用率高；可靠性低，存在單點(diǎn)瓶頸。
6、試比較靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)
（1）靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)的數(shù)據(jù)令牌無標(biāo)號(hào)；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)的數(shù)據(jù)令牌有標(biāo)號(hào)。
（2）靜態(tài)數(shù)據(jù)流任意給定時(shí)刻當(dāng)結(jié)點(diǎn)操作時(shí)每條弧上只能有一個(gè)數(shù)據(jù)令牌；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)中，任何一條弧上可出現(xiàn)多個(gè)不帶目標(biāo)號(hào)的數(shù)據(jù)令牌。
（3）靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)中必須設(shè)控制令牌以滿足要求；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)中不必設(shè)控制令牌，因?yàn)榱钆朴凶R(shí)別時(shí)間、先后關(guān)系的標(biāo)號(hào)；
（4）靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)不支持遞歸的并發(fā)激活，只支持一般循環(huán)；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流支持遞歸的并發(fā)激活。
（5）靜態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)不需硬件完成標(biāo)記的匹配；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流機(jī)需要硬件將標(biāo)記附加在數(shù)據(jù)令牌上，并完成對(duì)標(biāo)記的匹配工作。
7、什么是MPP？什么是機(jī)群系統(tǒng)？將機(jī)群系統(tǒng)與傳統(tǒng)并行系統(tǒng)做比較。
MPP是大規(guī)模并行處理機(jī)，指用數(shù)百萬個(gè)高性能，低成本的RISC微處理器通過互連網(wǎng)絡(luò)互連，組成的SIMD或MIMD系統(tǒng)。
機(jī)群系統(tǒng)是將多個(gè)高性能工作站或高檔微型計(jì)算機(jī)使用高速通信網(wǎng)絡(luò)加以互連組成系統(tǒng)。
機(jī)群系統(tǒng)與傳統(tǒng)并行處理系統(tǒng)相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
（1）高的性能價(jià)格比。因?yàn)楣ぷ髡净蛭C(jī)都是批量生產(chǎn)，價(jià)格低；
（2）系統(tǒng)開發(fā)周期短，因?yàn)橹鳈C(jī)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)都不需要新設(shè)計(jì)；
（3）系統(tǒng)可擴(kuò)展性好。采用通用網(wǎng)絡(luò)，易于擴(kuò)展；
（4）系統(tǒng)資源利用率高，工作站的不能性能相互補(bǔ)充，結(jié)構(gòu)靈活；
（5）用戶投資風(fēng)險(xiǎn)小。每個(gè)出結(jié)點(diǎn)既可以進(jìn)行大規(guī)模并行處理也可做單機(jī)使用；
（6）用戶編程方便。不需修改編程環(huán)境。
8、簡單比較數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式和需求驅(qū)動(dòng)方式
相同點(diǎn)：都屬于數(shù)據(jù)流模型
不同點(diǎn)：
（1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的操作是按輸入數(shù)據(jù)的可用性決定次序的。需求驅(qū)動(dòng)操作是按數(shù)據(jù)需求所決定的次序進(jìn)行的。
（2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是提前求值策略，只要所要求的輸入數(shù)據(jù)全部就緒，即可驅(qū)動(dòng)操作進(jìn)行。需求驅(qū)動(dòng)是滯后求值策略。只有當(dāng)某一函數(shù)需用到一自變量時(shí)，才驅(qū)動(dòng)對(duì)該自變量的求值。
（3）需求驅(qū)動(dòng)比數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)可減少許多不必要的求值，系統(tǒng)效率高。
（4）需求驅(qū)動(dòng)比數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)更適合于面向函數(shù)程序設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。
9、什么是活動(dòng)膜片？
活動(dòng)膜片是數(shù)據(jù)流程序圖的一種表示方法，它接近于機(jī)器語言。數(shù)據(jù)流程序圖可看成是一組活動(dòng)膜片的集合。每個(gè)活動(dòng)膜片由4個(gè)域組成：操作碼域、兩個(gè)操作數(shù)域、目的域。實(shí)際上活動(dòng)膜片就是結(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)流機(jī)器內(nèi)部具體實(shí)現(xiàn)時(shí)的存儲(chǔ)器映象。