Ein datengesteuertes Ausführungsmodell für Programmiersprachen mit mehrfacher Wertzuweisung:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Aachen
Shaker
2000
|
| Series: | Berichte aus der Informatik
|
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 264 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3826579003 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis 4
Abkürzungsverzeichnis 13
Zusammenfassung/
1 Einleitung und Übersicht 17
1.1 Warum Parallelverarbeitung ?...................... 17
1.2 Die Situation bei der Programmierung von Parallelrechnern...... 18
1.3 Inhaltsübersicht und Ziele dieser Arbeit................. 21
1
2 Ansätze für parallele Programmiersprachen 31
2.1 Unterstützung der Parallelverarbeitung................. 32
2.1.1 Phasen bei der Programmentwicklung.............. 32
2.1.2 Schritte bei der parallelen Programmierung........... 33
2.1.3 Der Abstraktionsgrad von Programmiersprachen........ 34
2.2 Klassifikation paralleler Programmiersprachen............. 34
2.2.1 Automatische Parallelisiertmg sequentieller Sprachen..... 34
2.2.2 Sprachen mit maschinenspezifischen Erweiterungen ...... 38
2.2.3 Sprachen mit Bezug auf Architekturklassen........... 39
2.2.4 Problemorientierte parallele Sprachen.............. 40
2.2.6 Datenparallel erweiterte Sprachen................ 40
2.2.6 Sprachen mit parallelen Prozessen................ 40
2.2.7 Implizit parallele Sprachen.................... 41
2.2.8 Punktionale Sprachen....................... 42
2.2.9 Datenflußsprachen ........................ 42
2.2.10 Gleichungssprachen........................ 43
2.2.11 Logiksprachen........................... 44
2.3 Verwandte Arbeiten............................ 45
INHALTSVERZEICHNIS
3 Ausführungsmodelle 47
3.1 Der Begriff des Ausführimgsmodelles.................. 47
3.1.1 Kontrollflußgesteuerte Ausführungsmodelle........... 48
3.1.2 Datengesteuerte Ausführungsmodelle.............. 48
3.2 Laufzeitvergleiche............................. 48
3.2.1 Ergebnisse der Messungen.................... 49
3.2.2 Interpretation der Ergebnisse .................. 50
3.3 Zusammenfassung und Konsequenzen.................. 51
4 Variablenmodelle 53
4.1 Implementieruagsnahe Variablen..................... 53
4.1.1
4.1.2 Seiteneffekte............................ 57
4.2 Single-Assignment-Variablen....................... 58
4.2.1 Implementierung......................... 58
4.2.2 Zeitlich veränderliche Zustände................. 59
4.2.3 Schleifen.............................. 60
4.2.4 Algorithmen mit Zustandsänderung............... 60
4.2.5 Pragmatische Aspekte...................... 61
4.3 Zusammenfassung und Folgerungen................... 61
5 Korrektheit und Determinismus 63
5.1 Korrektheit................................ 63
5.2 Determinismus .............................. 64
5.2.1 Deterministische Ergebnisse................... 64
5.2.2 Nichtdeterminismus........................ 65
5.3 Rechenungenauigkeiten und Überläufe ................. 65
5.4 Konsequenzen für den Sprachentwurf.................. 66
5.4.1 Beispiele aus existierenden Sprachen .............. 66
5.4.2 Polgerungen für das neue Modell ................ 69
II
в
6.1 Abhängigkeit zwischen Aktionen..................... 73
6.1.1 Kontrollabhangigkeit....................... 73
6.1.2 Datenabhängigkeit........................ 74
6.1.3 Die Unteilbarkeit von Aktionen................. 76
6.2 Ansatz für eine formale Semantik.................... 76
6.2.1 Semantik von Sprungbefehlen.................. 77
6.2.2 Semantik bedingter Anweisungen................ 77
6.2.3 Semantik von Schleifen...................... 77
6.3 Programmnotation............................ 78
6.3.1 Graphische Notation....................... 78
INHALTSVERZEICHNIS
6.3.2
6.4 Durchführung von Optimierungen....................80
6.5 Bezug zu bisherigen Ansätzen......................81
6.5.1 Datengesteuerte Implementierung von Kontrollflußsprachen . . 81
6.5.2 Explizit parallele Sprachkonstrukte............... 85
8.5.3 Nicht-prozedurale Programmiersprachen............ 87
6.5.4 Einordnung des definitionsgesteuerten Modelles........ 88
7 Formale Definition des Modelles 89
7.1 Semantik von Variablen .........................89
7.1.1 Namensbindung, Sichtbarkeit und Lebensdauer........90
7.1.2 Wertebindungsfunktionen ....................90
7.1.3 Semi-dynamische Variablen mit lokaler Sichtbarkeit......91
7.1.4 Statische Variablen mit lokaler Sichtbarkeit...........92
7.1.5 Verwandte Arbeiten .......................92
7.2 Bezeichnung von Anweisungen......................93
7.3 Datenabhängigkeit............................94
7.3.1 Die Datenabhängigkeitsrelation
7.3.2 Die Relation <x..........................97
7.3.3
7.3.4 Alternative Definitionen und Verwendungen..........100
7.3.5 Die Datenabhängigkeitsrelation
7.4 Definition einer operationalen Semantik.................107
7.4.1 Der Zustand der Programmausführung.............107
7.4.2 Ausführbereite Anweisungen...................108
7.4.3 Start und Terminierung von Anweisungen ...........109
7.4.4 Die Kombination von Zustandsübergängen...........HO
7.5 Die Semantik von Anweisungsfolgen...................111
7.8 Zusammenfassung und Bewertung....................113
8 Wertzuweisungen und Ausdrücke 115
8.1 Wertzuweisungen.............................115
8.1.1 Variablen skalarer Datentypen..................115
8.1.2 Ganze, strukturierte Variablen..................116
8.1.3 Komponenten einer
8.1.4 Komponenten einer Array-Variablen ..............117
8.1.5 Zeiger...............................118
8.1.6 Variablen verschachtelter Datentypen..............120
8.1.7 Möglichkeiten zur Optimierung.................123
8.1.8 Potentiell uninitialisierter Komponenten............125
8.2 Operatoren und Ausdrücke........................125
8.2.1 Einfache Ausdrücke........................125
8.2.2 Zusammengesetzte Ausdrücke..................126
8.2.3 Ausdrücke mit Kontrollabhängigkeiten.............128
INHALTSVERZEICHNIS
15.2.2 DOPIPB-ModeE .........................196
15.2.3 DOACROSS-Modell
15.3 Zusammenfassung und Bewertung....................197
16 Entwurf primitiv-rekursiver Schleifen 199
16il Spezifikation von Iterationsräumen...................199
16.2 Indexfunktionen..............................201
16.2.1 Bisherige Ansätze......................... 201
16.2.2 Statistische Aussagen über Indexfunktionen..........202
16.2.3 Verlagerung der Ausdracksmächtigkeit.............202
16.3 Regeln über Schleifenvariablen......................203
16.4 Explizit parallele Schleifen........................203
16.5 Zusammenfassung und Bewertung....................204
17 Sprungbefehle 205
17.1 Der GOTO-Befehl..............................205
17.1.1 Die heutige Verwendung des GOTO-Befehls ...........206
17.1.2 Effizienz..............................207
17.1.3 Konsequenzen für das Software Engineering..........207
17.2 Der Abbruch von Kontrollstrukturen..................208
17.3 Zusammenfassung und Bewertung....................209
18 Weitere Sprachkonstrukte 211
18.1 Dynamische und rekursive Datenstrukturen ..............211
18.1.1 GRAPH-Datenstrukturen......................213 .
18.1.2 Richtungen............................214
18.1.3 Operationen auf Graphen . ...................214
18.1.4 Implementierung.........................215
18.1.5 Verwandte Arbeiten .......................215
18.2 Behandlung von Laufzeitfehlern.....................217
18.2.1 Ausnahmebehandlung......................217
18.2.2 Fehlerwerte.............................218
18.2.3 Zusammenfassung und Bewertung................ 219
18.3 Separate Übersetzung...........................219
18.4 Objektorientierte Programmierung...................220
18.5 Prozesse..................................220
18.6 Ein- und Ausgabe von Daten ......................221
19 Implementierungsaspekte 223
19.1 Mögliche Zielarchitekturen........................223
19.1.1 Datenflußrechner.........................223
19.1.2 Von-Neumann-Rechner......................224
19.1.3 MIMD-Rechner und Netzwerke.................224
19.1.4 Feldrechner............................224
19.1.5 Vektorrechner...........................225
10
INHALTSVERZEICHNIS
19.2 Berechnung der A-Relationen......................225
19.3
19.4 Zusammenfassung und Bewertung....................227
IV
20 Zusammenfassende Bewertung des Modells 231
20.1 Ausdrucksstarke..............................231
20.1.1 Die Darstellung von Daten....................231
20.1.2 Aktionen..............................233
20.1.3 Beispiel einer definitionsgesteuerten Sprache..........235
20.2 Parallele Ausführbarkeit.........................237
20.2.1 Bewertung anhand des Phasenmodells .............237
20.2.2 Leistungsbewertung für parallele Sprachen...........238
20.3 Konsequenzen für die Programmierung.................239
20.3.1 Notation und Benutzersemantik.................239
20.3.2 Korrektheit von Programmen..................241
20.4 Zusammenfassung.............................241
21 Zusammenfassung und Ausblick 243
Literaturverzeichnis 245
11
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis 4
Abkürzungsverzeichnis 13
Zusammenfassung/
1 Einleitung und Übersicht 17
1.1 Warum Parallelverarbeitung ?. 17
1.2 Die Situation bei der Programmierung von Parallelrechnern. 18
1.3 Inhaltsübersicht und Ziele dieser Arbeit. 21
1
2 Ansätze für parallele Programmiersprachen 31
2.1 Unterstützung der Parallelverarbeitung. 32
2.1.1 Phasen bei der Programmentwicklung. 32
2.1.2 Schritte bei der parallelen Programmierung. 33
2.1.3 Der Abstraktionsgrad von Programmiersprachen. 34
2.2 Klassifikation paralleler Programmiersprachen. 34
2.2.1 Automatische Parallelisiertmg sequentieller Sprachen. 34
2.2.2 Sprachen mit maschinenspezifischen Erweiterungen . 38
2.2.3 Sprachen mit Bezug auf Architekturklassen. 39
2.2.4 Problemorientierte parallele Sprachen. 40
2.2.6 Datenparallel erweiterte Sprachen. 40
2.2.6 Sprachen mit parallelen Prozessen. 40
2.2.7 Implizit parallele Sprachen. 41
2.2.8 Punktionale Sprachen. 42
2.2.9 Datenflußsprachen . 42
2.2.10 Gleichungssprachen. 43
2.2.11 Logiksprachen. 44
2.3 Verwandte Arbeiten. 45
INHALTSVERZEICHNIS
3 Ausführungsmodelle 47
3.1 Der Begriff des Ausführimgsmodelles. 47
3.1.1 Kontrollflußgesteuerte Ausführungsmodelle. 48
3.1.2 Datengesteuerte Ausführungsmodelle. 48
3.2 Laufzeitvergleiche. 48
3.2.1 Ergebnisse der Messungen. 49
3.2.2 Interpretation der Ergebnisse . 50
3.3 Zusammenfassung und Konsequenzen. 51
4 Variablenmodelle 53
4.1 Implementieruagsnahe Variablen. 53
4.1.1
4.1.2 Seiteneffekte. 57
4.2 Single-Assignment-Variablen. 58
4.2.1 Implementierung. 58
4.2.2 Zeitlich veränderliche Zustände. 59
4.2.3 Schleifen. 60
4.2.4 Algorithmen mit Zustandsänderung. 60
4.2.5 Pragmatische Aspekte. 61
4.3 Zusammenfassung und Folgerungen. 61
5 Korrektheit und Determinismus 63
5.1 Korrektheit. 63
5.2 Determinismus . 64
5.2.1 Deterministische Ergebnisse. 64
5.2.2 Nichtdeterminismus. 65
5.3 Rechenungenauigkeiten und Überläufe . 65
5.4 Konsequenzen für den Sprachentwurf. 66
5.4.1 Beispiele aus existierenden Sprachen . 66
5.4.2 Polgerungen für das neue Modell . 69
II
в
6.1 Abhängigkeit zwischen Aktionen. 73
6.1.1 Kontrollabhangigkeit. 73
6.1.2 Datenabhängigkeit. 74
6.1.3 Die Unteilbarkeit von Aktionen. 76
6.2 Ansatz für eine formale Semantik. 76
6.2.1 Semantik von Sprungbefehlen. 77
6.2.2 Semantik bedingter Anweisungen. 77
6.2.3 Semantik von Schleifen. 77
6.3 Programmnotation. 78
6.3.1 Graphische Notation. 78
INHALTSVERZEICHNIS
6.3.2
6.4 Durchführung von Optimierungen.80
6.5 Bezug zu bisherigen Ansätzen.81
6.5.1 Datengesteuerte Implementierung von Kontrollflußsprachen . . 81
6.5.2 Explizit parallele Sprachkonstrukte. 85
8.5.3 Nicht-prozedurale Programmiersprachen. 87
6.5.4 Einordnung des definitionsgesteuerten Modelles. 88
7 Formale Definition des Modelles 89
7.1 Semantik von Variablen .89
7.1.1 Namensbindung, Sichtbarkeit und Lebensdauer.90
7.1.2 Wertebindungsfunktionen .90
7.1.3 Semi-dynamische Variablen mit lokaler Sichtbarkeit.91
7.1.4 Statische Variablen mit lokaler Sichtbarkeit.92
7.1.5 Verwandte Arbeiten .92
7.2 Bezeichnung von Anweisungen.93
7.3 Datenabhängigkeit.94
7.3.1 Die Datenabhängigkeitsrelation
7.3.2 Die Relation <x.97
7.3.3
7.3.4 Alternative Definitionen und Verwendungen.100
7.3.5 Die Datenabhängigkeitsrelation
7.4 Definition einer operationalen Semantik.107
7.4.1 Der Zustand der Programmausführung.107
7.4.2 Ausführbereite Anweisungen.108
7.4.3 Start und Terminierung von Anweisungen .109
7.4.4 Die Kombination von Zustandsübergängen.HO
7.5 Die Semantik von Anweisungsfolgen.111
7.8 Zusammenfassung und Bewertung.113
8 Wertzuweisungen und Ausdrücke 115
8.1 Wertzuweisungen.115
8.1.1 Variablen skalarer Datentypen.115
8.1.2 Ganze, strukturierte Variablen.116
8.1.3 Komponenten einer
8.1.4 Komponenten einer Array-Variablen .117
8.1.5 Zeiger.118
8.1.6 Variablen verschachtelter Datentypen.120
8.1.7 Möglichkeiten zur Optimierung.123
8.1.8 Potentiell uninitialisierter Komponenten.125
8.2 Operatoren und Ausdrücke.125
8.2.1 Einfache Ausdrücke.125
8.2.2 Zusammengesetzte Ausdrücke.126
8.2.3 Ausdrücke mit Kontrollabhängigkeiten.128
INHALTSVERZEICHNIS
15.2.2 DOPIPB-ModeE .196
15.2.3 DOACROSS-Modell
15.3 Zusammenfassung und Bewertung.197
16 Entwurf primitiv-rekursiver Schleifen 199
16il Spezifikation von Iterationsräumen.199
16.2 Indexfunktionen.201
16.2.1 Bisherige Ansätze. 201
16.2.2 Statistische Aussagen über Indexfunktionen.202
16.2.3 Verlagerung der Ausdracksmächtigkeit.202
16.3 Regeln über Schleifenvariablen.203
16.4 Explizit parallele Schleifen.203
16.5 Zusammenfassung und Bewertung.204
17 Sprungbefehle 205
17.1 Der GOTO-Befehl.205
17.1.1 Die heutige Verwendung des GOTO-Befehls .206
17.1.2 Effizienz.207
17.1.3 Konsequenzen für das Software Engineering.207
17.2 Der Abbruch von Kontrollstrukturen.208
17.3 Zusammenfassung und Bewertung.209
18 Weitere Sprachkonstrukte 211
18.1 Dynamische und rekursive Datenstrukturen .211
18.1.1 GRAPH-Datenstrukturen.213 .
18.1.2 Richtungen.214
18.1.3 Operationen auf Graphen . '.214
18.1.4 Implementierung.215
18.1.5 Verwandte Arbeiten .215
18.2 Behandlung von Laufzeitfehlern.217
18.2.1 Ausnahmebehandlung.217
18.2.2 Fehlerwerte.218
18.2.3 Zusammenfassung und Bewertung. 219
18.3 Separate Übersetzung.219
18.4 Objektorientierte Programmierung.220
18.5 Prozesse.220
18.6 Ein- und Ausgabe von Daten .221
19 Implementierungsaspekte 223
19.1 Mögliche Zielarchitekturen.223
19.1.1 Datenflußrechner.223
19.1.2 Von-Neumann-Rechner.224
19.1.3 MIMD-Rechner und Netzwerke.224
19.1.4 Feldrechner.224
19.1.5 Vektorrechner.225
10
INHALTSVERZEICHNIS
19.2 Berechnung der A-Relationen.225
19.3
19.4 Zusammenfassung und Bewertung.227
IV
20 Zusammenfassende Bewertung des Modells 231
20.1 Ausdrucksstarke.231
20.1.1 Die Darstellung von Daten.231
20.1.2 Aktionen.233
20.1.3 Beispiel einer definitionsgesteuerten Sprache.235
20.2 Parallele Ausführbarkeit.237
20.2.1 Bewertung anhand des Phasenmodells .237
20.2.2 Leistungsbewertung für parallele Sprachen.238
20.3 Konsequenzen für die Programmierung.239
20.3.1 Notation und Benutzersemantik.239
20.3.2 Korrektheit von Programmen.241
20.4 Zusammenfassung.241
21 Zusammenfassung und Ausblick 243
Literaturverzeichnis 245
11 |
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