计算机体系结构的分类模型

现在的基于构令流计算的体系结构是采用粗粒度的变件动态实现的： 它可以是一个可重构的处理部件rPU ( reconfigurable Processing Unit) ，也可以是一个rPU 阵列，如图3 中所示。 构令流来自存放 在构令存储器CM ( Configuration Memory) 中的构件源，通过构令 管理器(configuration manager) 控制执行。 它是用来改变rPU 阵 列的硬件结构以及形成进出rPU 阵列的数据流互连关系的[ 1 ] ， 是按照数据流计算的方式工作的。

众所周知，由Flynn 提出的基于指令流计算的体系 结构的分类方案，共用了6 个分类概念： IM( Instruction Memory) ， DM (Data Memory) ， CU(Control Unit) ， PU ( Processing Unit ) ， IS ( Inst ruc2tion St ream) 与DS(Data St ream) ，只有一个分类层次，共有4种体系结构类 别：SISD、SIMD、MISD与MIMD。在实际计算机的体 系结构中，除了Flynn 所提出的IM ，DM ，CU ， PU ，IS与DS等6个分类概念之外，还出现了构令存 储器CM、可重构的处理部件rPU 以及构令流CS这3 个新的概念。
3.2.1坐标轴上的体系结构分类表示 2.2.2
坐标平面上的体系结构分类表示 3.2.3坐标空间中的体系结构表示
4.1
三维坐标分类法的必要性 4.2 三维坐标分类法的合理性 4.3 三维坐标分类法的完备性

最简单的基于数据流计算的体系结构就是ASIC
电路。 因为ASIC 电路所要完成的功能是固定 的，不需要操作码去定义其所要完成的功能， 只需要用地址码去指明ASIC 电路的输入数据的 来源与输出结果的目的地，就能完成ASIC 本身 所定义的计算功能。
从1987 年开始，美国卡内基·梅隆大学的Kung及其同事，提出了基于 数据流计算的脉动阵列( systolic array) 体系结构[2 ] 。 脉动阵列 是一个数据路径部件DPU (Data Path Unit ) 的阵列，实际上是一个PU 的阵列
导致现在的多种可重用的IC(
Integrated Circuit)实现形式以及数字计算机体系结构发 展的微电子学技术，是从1947 年晶体管的发明 开始的， 1947 ～1957 年是其研究与发展的10 年;1957～1967 年开始了晶体管生产的商业化。 当1955 年晶体管用于计算机事业之后，便开始 了微电子技术沿着5个重要方面演变的革命： 晶体管缩小、器件发明、封装改进、体系结构 创新以及CAD 设计。按照Makimoto’s 的统计 资料， IC 的实现形式是波浪式发展的，如图1 中所示[1]。 每一周期都有与IC 集成度相适应 的新的发展内容。

这里的计算机体系结构的分类模型，是以指令流、数据流与构令流 的概念为基础的，是以分别称为I体系结构、D体系结构和C体系结构 为坐标轴来建立的(如图4) ，称为IDC 体系结构分类模型。 这3个 正交的坐标轴是用来定义体系结构所在的空间的。I轴表示基于指令 流计算的体系结构， D轴表示基于数据流计算的体系结构， C轴表 示基于构令流计算的体系结构。每个轴的箭头方向表示该类体系结 构的实现程度。
摘要 体系结构的发展 体系结构的分类模型 讨
论
可重构计算技术的发展，使计算机不仅有传统
的基于指令流计算的体系结构和基于数据流计 算的体系结构，而且有基于构令流的体系结构。 所以，为了更清楚地能对现代计算机的体系结 构进行分类描述，需要有一种新的计算机体系 结构分类模型。 本文根据计算机体系结构的发展，以指令 流(inst ruction stream) 计算、数据流 ( data stream) 计算与构令流(configuration stream)计算的概念为基础，研究了ห้องสมุดไป่ตู้种新的计 算机体系结构的分类模型。
基于指令流计算的体系结构是目前主要的冯·诺依 曼计算机体系结构。指令流包括了操作流与数据流， 是按控制流原理(control flow paradigm) 工作的， 是应用最灵活的体系结构。 如图1中所示，20 世纪60 年代后期，基于指 令流计算的体系结构，是通过以74/ 54 和4000 系 列为代表的GPL ( General –Purpose-Logic) 可 重用的定制芯片实现的。 20 世纪70 年代第一块 存储器芯片与第一块处理器芯片问世之后，可重用 性是以微处理器、存储器和GPL 器件相结合的硬件 形式实现的，用户只需通过编写不同的应用软件就 能实现不同的应用。 20 世纪70 年代后期，随着 芯片集成度的进一步提高，便出现了流行的(称为 MCU (Micro2Cont roller Unit) ) 的可重用的器 件。