数据流计算机英文解释翻译、数据流计算机的近义词、反义词、例句
英语翻译:
【计】 data flow computer
分词翻译:
数据流的英语翻译:
【计】 data flow; data stream
计算机的英语翻译:
adding machine; calculating machine; calculator
【计】 brain unit; computer; computing machinery; computor; FONTAC; ILLIAC IV
【经】 calculating machine
专业解析
数据流计算机(Dataflow Computer)是一种基于数据可用性而非指令序列来驱动计算的并行计算机体系结构。与传统控制流计算机(Control Flow Computer)不同,其执行过程由数据之间的依赖关系决定,而非程序计数器顺序控制。
核心原理与工作方式:
- 数据驱动执行: 在数据流模型中,一条指令(或称操作符、节点)只有在它所需的所有输入操作数都可用(到达) 时才会被触发执行。这被称为“点火”(Firing)。
- 数据流图表示: 程序通常被表示为数据流图(Data Flow Graph, DFG)。图中的节点代表操作(如加、乘),弧(边)代表数据令牌(Token)流动的路径,也即操作间的数据依赖关系。数据令牌携带实际数值和控制信息。
- 异步并行性: 由于指令执行仅依赖于输入数据的到达,只要数据准备好且无资源冲突,多个独立的指令可以同时被执行。这天然地挖掘了程序中的指令级并行性(ILP)。
- 无全局状态与程序计数器: 数据流计算机通常没有全局的程序计数器(PC)。指令的执行顺序完全由数据流动态决定。它也避免了传统计算机中复杂的全局寄存器状态管理。
- 令牌传递: 计算的基本单位是携带数据的“令牌”。当一个操作节点点火执行后,它消耗输入令牌,进行计算,并产生新的输出令牌。这些输出令牌沿着数据流图的弧流向后续依赖的操作节点,触发它们的执行。
主要特征:
- 天然并行性: 能有效利用应用中固有的并行性,特别适合规则的计算密集型任务(如科学计算、信号处理)。
- 异步性: 指令的执行是异步进行的,减少了同步开销。
- 函数式编程友好: 其无副作用(操作仅依赖于输入产生输出)的特性与函数式编程模型契合度高。
- 硬件实现挑战: 实现高效的数据流硬件面临令牌匹配、存储开销、通信带宽等挑战,限制了其大规模商业应用。
应用场景:
历史上主要用于高性能计算、数字信号处理(DSP)、图像处理等需要高度并行处理的领域。其思想也影响了现代处理器设计(如超标量、乱序执行中的动态调度)和并行编程模型。
权威参考来源:
- 《计算机体系结构:量化研究方法》(Computer Architecture: A Quantitative Approach) - Hennessy & Patterson:经典教材,涵盖各种并行计算模型,包括数据流。
- 《并行计算机体系结构》(Parallel Computer Architecture) - Culler, Singh, Gupta:详细讨论并行模型,包含数据流章节。
- ACM/IEEE 计算机体系结构相关期刊与会议论文: 如 ISCA, MICRO, ASPLOS 等,是研究数据流及其衍生技术的前沿阵地。
- Arvind & Nikhil 的著作: 如 "Executing a program on the MIT tagged-token dataflow architecture" (IEEE TC, 1990),是数据流研究的经典文献。
- Jack Dennis 的开创性工作: 如 "First version of a data flow procedure language" (MIT, 1974),奠定了数据流计算的基础。
网络扩展解释
数据流计算机是一种以数据驱动为核心的计算机体系结构,其运行机制和设计理念与传统冯·诺依曼架构有显著差异。以下是详细解释:
1.基本定义与原理
- 数据驱动机制:数据流计算机的指令执行不依赖程序计数器,而是由操作数据的就绪状态触发。当一条指令所需的所有操作数齐备时(称为“点火”条件),该指令立即执行,执行结果自动传递给后续依赖的指令,形成链式驱动。
- 并行性:多个操作只要满足数据就绪条件,即可并行执行,突破了传统架构中指令顺序执行的限制,显著提升计算效率。
2.核心特点
- 非顺序执行:程序指令的先后顺序不影响执行逻辑,仅由数据依赖关系决定。
- 高效资源利用:通过并行处理减少闲置时间,适用于大规模数据计算。
- 低延迟响应:特别适合实时处理连续流式数据(如传感器数据流、金融交易流)。
3.体系结构对比
- 与冯·诺依曼架构差异:传统架构以“控制流”为中心,通过程序计数器逐条执行指令;数据流计算机则以“数据流”为中心,消除全局内存访问瓶颈。
- 硬件设计:早期研究包括静态数据流计算机(如MIT的Jack Dennis团队成果),通过固定规则管理数据依赖。
4.应用场景
- 流处理领域:实时数据分析、物联网设备数据处理。
- 科学计算:并行需求高的数值模拟或图像处理任务。
数据流计算机通过数据驱动和并行执行机制,解决了传统架构在效率与实时性上的局限性。其设计理念对现代流处理框架(如Apache Flink)和反应式编程模型有深远影响。
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