软件评测师考试考点：指令流、数据流和计算机的分类

我们先学习两个定义。

(1)指令流：机器执行的指令序列。

(2)数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果。

1．根据多倍性的分类

按照计算机同时处于一个执行阶段的指令或数据的最大可能个数，人们把计算机分成4种，如表1-4所示。

表1-4 指令流的分类

(1)SISD(单指令流单数据流)：这是最简单的方式，计算机每次处理一条指令，并只对一个操作部件分配数据。一般认为流水线技术的计算机仍然属于SISD。

(2)SIMD(单指令流多数据流)：具备SIMD的常常是并行处理机，这种处理机具备多个处理单元，每次都执行同样的指令，对不同的数据单元进行处理。这种计算机非常适合处理矩阵计算等。

(3)MISD(多指令流单数据流)：这种处理方式比较难以想象，有多个处理单元，同时执行不同的指令，针对的是单一数据。但有资料认为，流水线处理机中每个数据由不同操作部件对之进行处理。

(4)MIMD(多指令流多数据流)：这是一种全面的并行处理机，典型的机型是多处理机。这种计算机的设计和控制都很复杂。

2．按照程序流程机制的分类

具体的介绍如下。

1)控制流计算机

这是通常见到的计算机，使用程序计数器来确定下一条指令的地址。指令程序流由程序员直接控制，其主存是共享的，存储区可以被多指令修改，容易产生数据相关性，对并行性不利。

2)数据流计算机

在冯•诺依曼体系中，计算机是指令流驱动的，而数据流则是处于被动地位的，这看起来合理，但在某些时候也不尽然。与指令流相对的是数据流驱动，即一旦数据准备好，则立即开始执行相关的指令。非冯•诺依曼体系仍然在探索中，但对冯•诺依曼体系的改良也有相当好的成果，即流水线技术和并行计算机。

在数据流计算机中，数据不在共享的存储器中，而是在指令间传送，成为令牌。当需要使用该数据的指令收到令牌，开始执行之后，该令牌即消失，执行的指令将执行的结果数据当做新的令牌发送。这种方式不再需要程序计数器、共享的存储器，但是需要检测数据可用性的专门部件，建立、识别、处理数据令牌标记，需要时间和空间开销。

在其他方面，数据流计算机还有一些困难需要克服：在数据流计算机中由于没有程序计数器，使得程序的调试和诊断变得困难;没有共享的存储器，也就无法控制其分配，无法支持数组、递归等操作。

3)归约机

归约机(Reductions Machine)又称为需求驱动，是由对一个操作结果的需求而启动的。归约机采用一种“惰性计算”的方式，操作只有在另一条指令需要这个操作的结果时才执行。比如在计算5+(6×2–10)时，归约机并非先去计算6×2.而是先计算整个算式，碰到(6×2–10)再启动一个过程去计算它，最后需要计算6×2.计算后一层层退回，得到整个算术式的值。由于需求驱动可减少那些不必要的求值操作，可以提高系统效率。

归约机是一种面向函数式的语言，或以函数式语言为机器语言的机器，要有函数定义存储器和表达式存储;操作和数据合并存储。它需要大容量物理存储器并采用大虚拟存储容量的虚拟存储器，来满足对动态存储分配和大容量的存储空间的需求。