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NPS，输送机，自动计算以及协程

1.关于协程


在我以前的文章中，亲爱的哈伯，我只谈到了现代编程的知识问题。随后的讨论只证实了自发的恐惧：臭名昭著的“理论基础”立即成为分歧的根源。他们（分歧）可能不存在或者它们具有不同的性质，这一事实似乎并没有打扰大量“真正的”程序员。而且，也许这不是特别有趣，因为程序员主要受到一种兴趣的刺激-代码，代码和唯一的代码。好吧，几乎是“按照医生的规定” [1] ...

在我的文章和评论中谈到corutin的话题时，我根本没有梦到它们在“当前”趋势中所占的比例。但是，无论有无，我的评论的“背景”都令人惊讶。他们说，程序员是做什么的？但是，在我看来，阅读有关最新批准的C ++ 20的文章及其进一步发展的前景后，一切都变得清晰了[2]。令我惊讶的是，事实证明，协程在我心爱的C ++的当前和未来创新中处于最前沿（另请参见CppCoro库）。

好吧，告诉我，是否有可能认真对待和/或冷静地对待自己似乎是谁的额头？打所谓的！ :(

我熟悉协程的背景（我会以旧的方式称呼它们）。需要并行化，但是没有合适的方法。我必须发明，研究可用的文献。结果，协程立即被拒绝，之后又线程化。原因是它们都是并行化程序的结构方法，而不是计算模型。但是我不想要那个。

我之前在哈布雷（Habré）上的文章中给出了对我最终想到的内容的描述。这段对话还远没有结束，但是就目前而言，协程已经成为这种激烈讨论的主题，如何记住这些协程呢？唯一的是停止/切换过程的“要点”。与线程不同，它们使预测模拟并行操作的进程的行为成为可能。从理论上讲，这还减少了实现并行性的系统损耗。但是，总而言之，所有这些从根本上来说并没有改变。而且由于“点”只是被自动机编程（AP）模型的状态所模仿，所以我对协程的了解已经完成了七个。

但是我不能认为协程的化身（现在称为协程）会超越我。因此，我的，可能是毫无道理的“攻击”，对此，我绝对向科鲁廷的辩护者道歉。大概赶时间。但是，新发现的情况并没有影响我对协程的态度。对于新代码，出于对它们有利的推理，我从未见过任何根本上新的东西。但是，我想指出的是，协程对我而言比线程更紧密和清晰，因为如上所述，它包含有限自动机（CA）内部状态集的类似物。

但是，停止re悔。让我们回到完全涵盖“协程主题”的自动机。接下来，我将介绍与在理论和实践中众所周知的并行模型建模相关联的AP的功能-分层并行和流水线算法模型。我认为，与基于相同的协程相比，它们的自动解决方案看起来更加直观，自然和简单。

2.层并行和流水线形式的算法


假设您需要计算表达式：

y =（（（（a + b）*（c + d））+（（e * f）+（q + h））））。

另外，让操作执行时间定义为以离散时间的任意单位定义-小数加法为1小数，乘法为5小数。
基于计算表达式，操作的执行时间和中间变量的数量的逻辑，在一个实施例中，按层的操作分布和层本身的数量可以看起来例如如下：

t1 = a + b; t2 = c + d; t3 = e * f; t4 = q + h;
Tier0：t1； t2; t3; t4;
层1：t5 = t1 * t2； t6 = t3 + t4;
第2层：t7 = t5 + t6；

以图形方式显示在图5中。 1，显示了两个选项，用于按层分配计算和以滴答表示固定的计算时间。他们的比较表明，在一般情况下，减少层数并不能自动减少计算时间。

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图。 1.计算表达式的层级并行形式，

但可以考虑其他选择，它已经由解决单个问题的多种层级并行形式表示。在图。图2显示了这样的解决方案。计算时间减少了。考虑到NPS在多处理器系统上的执行，其并行化也可能很有吸引力。

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图。 2.并行NPS

如果旋转JPF图，则可以获得管道计算方案。在其中，传送带的元素将是层，将其运行时间减少到最慢的一层。在图。图3显示了原始表达式的这种流水线方案。

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图。3.管道模型

由于在此示例中，离散的输送机时间为5个时钟周期，因此计算时间将比最差版本的NPS还要差。流水线的优势仅在于计算的连续性。

3.用于计算表达式的自动机模型


如果取消了对操作同步的限制，则可以将NPS转换为将生成结果作为管线的电路，但没有与操作顺序和时间相关的限制。这种逻辑网络图以航天器网络模型的形式进行了加法运算（乘法的实现类似）的演示，如图2所示。 4.

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图4.基于有限状态机网络的表达式计算

您可以看到，网络将不断产生具有7个时钟周期延迟的结果，即以及最快的NPS模型（图7）。它的缺点包括与数据争用相关的输出不稳定。例如，变量g，h和e，f对中变量值的同时变化将导致在下一个时钟周期t4发生变化，一个时钟周期导致变量t6发生变化，另一个时钟周期导致输出变量t7发生变化（见图1和图4） 。同时，在5个时钟周期后，变量t3将发生变化，这将导致变量t6，t7的最终确定值发生变化并输出。

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图。 5.使用自动机网络对NPS进行建模

在图。图5显示了附加模块的引入如何使模拟NPS的计算成为可能。同样，您可以模拟流水线计算的模型，并阻止与数据竞争相关的输出更改。

3.结论


怀疑上面的“图片”不能使用协程实现，这很奇怪。就是说，老实说，我不想这样做。对我来说，创建实现必要操作的自动机要容易得多，然后仅更改其数量及其之间的关系，即可实现任何表达式的计算。

我将不厌其烦地重复说，我对在MATLAB的Stateflow包中实现的可视化编程的概念很感兴趣。在这里，您还可以创建必要的自动机操作，然后将它们用作标准块，为任何表达式“绘制”一个计算方案，在编译后将转化为一个工作程序（例如，在同一C ++中）。同时，在设计过程中，将提供针对自动化编程技术的可视化和调试工具。

没错，可能会出现一个问题-如果存在Stateflow，为什么要永久链接到CPSU的某个未知环境？但是我们还是要分开谈论这个问题......

做出预测是一件不感恩的事情，但是根据我的经验，我会表达一种煽动性的思想：由于高级语言用于否定汇编语言编程，因此可视化编程迟早不宜减少了用高级语言进行编程的压力。

文献

1.程序员，让我们研究经典程序的来源。 [电子资源]，访问方式：habr.com/en/post/488808免费。亚兹俄语（治疗日期02.22.2020）。
2. C ++ 20批准！对C ++ 23开发人员的期望和准备。 [电子资源]，访问方式：habr.com/en/company/yandex/blog/488588免费。亚兹 俄语 （治疗日期02.20.2020）。

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