Архитектура потока данных

• Основы архитектуры потоков данных

  • Архитектура потоков данных отличается от традиционной архитектуры фон Неймана и архитектуры потока управления. 
  • В архитектуре потоков данных нет программного счетчика, а исполнение инструкций зависит от доступности входных аргументов. 

• Применение в специализированном оборудовании

  • Архитектура потоков данных успешно реализована в специализированном оборудовании, включая цифровую обработку сигналов и обработку графики. 
  • В последнее время архитектура потоков данных используется в хранилищах данных и искусственном интеллекте. 

• Важность в современных архитектурах программного обеспечения

  • Архитектуры потоков данных актуальны для многих архитектур программного обеспечения, включая разработки ядра баз данных и платформы параллельных вычислений. 

• Синхронизация и управление нагрузкой

  • Архитектура синхронных потоков данных адаптируется к рабочей нагрузке приложений для передачи данных в реальном времени. 
  • Детерминированные архитектуры потоков данных позволяют программистам управлять сложными задачами, такими как балансировка нагрузки и синхронизация. 

• Терминологическая коллизия

  • Термин «поток данных» также используется в области параллельного программирования для описания программирования потоков данных. 

• История и развитие

  • В 1970-х и начале 1980-х годов исследования в области архитектуры потоков данных были основной темой. 
  • Джек Деннис из Массачусетского технологического института был пионером в области статических потоков данных. 
  • Manchester Dataflow Machine и архитектура маркированных токенов MIT были крупными проектами в области динамических потоков данных. 
  • Однако исследования не решили проблемы эффективной трансляции токенов данных и диспетчеризации токенов команд. 

• Парадигма ограниченного потока данных

  • С 1990-х годов доминирующей вычислительной парадигмой стало ограниченное упорядоченное выполнение (OOE). 
  • OOE вводит идею окна выполнения, в котором инструкции могут выполняться в зависимости от данных. 
  • Процессоры OOE динамически помечают зависимости кода от данных, что ограничивает размеры окна выполнения. 

• Машины для обработки статических и динамических потоков данных

  • Статические потоки данных используют обычные адреса памяти в качестве тегов зависимостей от данных. 
  • Динамические потоки данных используют память с адресацией содержимого (CAM) для обеспечения параллелизма. 

• Компилятор потока данных

  • Компиляторы потока данных записывают зависимости между командами в двоичные файлы, что позволяет выполнять инструкции не по порядку и параллельно. 

• Программы и инструкции

  • Программы загружаются в CAM компьютера с динамическим потоком данных, а инструкции активируются и выполняются в зависимости от доступности данных. 
  • Инструкции передаются в виде пакетов, называемых токенами команд, и результаты также передаются в виде токенов данных. 

• Сети передачи данных

  • Сети передачи данных доставляют токены команд и возвращают токены данных, что позволяет параллельно выполнять инструкции. 

• Рекомендации

  • В статье упоминаются другие темы, связанные с архитектурой потоков данных, включая параллельные вычисления и системы на кристалле.