模拟冯.诺依曼计算机
(值此中秋佳节之际,祝愿天下所有为理想奋斗着、努力着、梦想着的人心想事成)
道指令不但可以模拟图灵机、元胞自动机、神经元、基因等的工作过程,还可以模拟冯.诺依曼计算机,现在要利用道指令编制模拟冯.诺依曼计算机的道程序。
1945年6月,冯•诺依曼提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念(Stored Program Concept),这是所有现代电子计算机的范式,被称为“冯• 诺依曼结构”,按这一结构建造的电脑称为存储程序计算机(Stored Program Computer),又称为通用计算机。冯•诺依曼计算机主要由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成,它的的特点是:程序以二进制代码的形式存放在存储器中;所有的指令都是由操作码和地址码组成;指令在其存储过程中按照执行的顺序;以运算器和控制器作为计算机结构的中心等(网上资料)。
上述冯•诺依曼的关键在存储指令顺序执行,全并行的道指令要模拟顺序执行的冯•诺依曼模型指令就必须让道指令按顺序执行。这个过程就像齐宣王的吹竽的乐师们一样,奏乐时300个人一起演奏,而换了齐宣王的儿子后,乐师们却要一个一个排队轮流来演奏。让道指令按顺序执行也要乐师们像排队演奏:
首先,对各道指令按顺序进行排队,每个道指令分配一个不同令牌,在每条道指令的激活部分(阳)加入令牌,如:
[sdfsd,sdfsd,sdfsdf][…]…变换为:
[令牌12321,sdfsd,sdfsd,sdfsdf][令牌1,…]…
并且道指令的生成结果部分加入下一条道指令的令牌生成等式,如:
-〉(dfds=23,sdafdsf=’sdfsd’)…. 变换为:
-〉(dfds=23,sdafdsf=’sdfsd’, 令牌2).
上述转换过程虽然不会很麻烦,但对有大量的道指令的程序还是一个不小的工作量,这种工作应该让机器自动为我们做变换工作。对顺序执行的道指令段,采用“(….)”括号括起来,如:
[wr6u6efsdf,sd567fs23d,sd567fd]<…>(
[]->adfds=758;
[]->adf23ds=709;
[wefsdf,sdfs23d,sdfd]<…>->adf234ds=7890;(if条件表达式)
[]->adfd234s=789;
)
表示:当“(….)”前面的表达式满足时,“(….)”顺序执行,道编译器自动为做上述的变换工作。道指令经过变换后,道cpu也可作如下优化:不用取出全部道指令执行,仅取出当前活动令牌所指的道指令(可以设置活动令牌专用寄存器即指令寄存器),并取出该道指令所要求的数据后,该道指令才开始执行。这样一来,这个道cpu就会退化为平常顺序指令cpu,道指令也就会退化为普通的顺序指令。我们可以再进一步模拟多发射功能、并行运算、指令转移预测等功能,这方面道指令比顺序指令更能胜任。
上述描述了道cpu、道指令转变为平常顺序指令cpu及顺序指令,这个过程是非常明显易懂的,虽然有些无关大碍的细节还必须细化,但已经显示道指令不但能适应未来计算,而且能够满足当前计算的需求。
并行、多核时代已经降临,串行顺序指令已经阻碍了并行、多核的进一步发展,只有开发全并行的道指令技术,并行、多核才会为我们真正带来全新的计算前景。
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