第六章向量處理機(jī)-wenkub
2022-08-29 13:20:06 本頁面
【正文】 浮點(diǎn)加 向量部件 VM（向量屏蔽） RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器） XA VL P NIP CIP LIP 執(zhí)行指令 執(zhí)行緩沖 寄存器 +1 0 1 . 15 T0 . T63 B0 . B63 0 . . 63 向量控制 向量控制 （向量長度） 交換控制 標(biāo)量寄存器 地址寄存器 向量寄存器 Vi Vj Vk . . . Vi . . . Vj 1 2 . . . n . . . Vk . . . Vi Sj . . . Vk 存儲(chǔ)器 . . . Vk . . . Vi 存儲(chǔ)器 功能部件 功能部件 功能部件 功能部件 1 2 . . . n 1 2 . . . n 1 2 . . . n 第 1種 向量 向量指令 第 2種 向量 標(biāo)量指令 第 3種 向量 存儲(chǔ)器指令 CRAY1的四種向量指令 運(yùn)算流水線 第 4種 向量 存儲(chǔ)器指令 5. 向量歸約指令（ vector reduction instruction） :操作數(shù)來自寄存器，操作結(jié)果為標(biāo)量數(shù)據(jù)，如從一個(gè)向量中找出最大值、最小值和中間值等。 連續(xù)訪問一個(gè)向量的各個(gè)分量。最 關(guān)鍵問題 是存儲(chǔ)器系統(tǒng)能夠滿足運(yùn)算部件帶寬的要求。m+r，其中： r為余數(shù)，共分k+1組。 縱橫處理方式 將長度為 n的向量分成若干組，每組長度為 m，組內(nèi)按縱向方式處理，依次處理各組。 橫向處理方式 也稱為水平處理方式，橫向加工方式等 逐個(gè)分量進(jìn)行處理：假設(shè)中間結(jié)果為 T[I] 計(jì)算第 1個(gè)分量： T[1] ＝ B[1]＋ C[1] Y[1] ＝ A[1] T[1] 計(jì)算第 2個(gè)分量： T[2] ＝ B[2]＋ C[2] Y[2] ＝ A[2] T[2] …… 最后一個(gè)分量： T[N] ＝ B[N]＋ C[N] Y[N]＝ A[N] T[N] ? 存在兩個(gè)問題： 在計(jì)算向量的每個(gè)分量時(shí)，都發(fā)生寫讀數(shù)據(jù)相關(guān)。 3． 縱橫處理方式 ， 又稱為分組處理方式，縱橫向加工方式等。 有三種處理方式： 1． 橫向處理方式 ， 又稱為水平處理方式，橫向加工方式等。該指令序列稱為標(biāo)量指令序列，執(zhí)行過程為標(biāo)量處理過程，每一條指令只處理一個(gè)或一對(duì)數(shù)據(jù)。 i n。 i++) { a[i] = b[i] +c[i] 。 上述程序用向量化指令序列實(shí)現(xiàn)為： a[1:n]=b[1:n]+c[1:n] temp[1:n]=a[2:n+1] b[1:n]=2*temp[1:n] 將 n個(gè)獨(dú)立的數(shù)構(gòu)成的整體稱為 向量 ，對(duì)這一組數(shù)的運(yùn)算稱為 向量處理 。向量計(jì)算是按行的方式從左至右橫向地進(jìn)行。橫向處理和縱向處理相結(jié)合的方式。流水線效率低 如果采用多功能流水線，必須頻繁進(jìn)行流水線切換 ? 橫向處理方式對(duì)向量處理機(jī)不適合 即使在標(biāo)量處理機(jī)中，也經(jīng)常通過編譯器進(jìn)行指令流調(diào)度。 ? 用于寄存器 寄存器結(jié)構(gòu)的向量處理機(jī)中 向量寄存器的長度是有限的，例如，每個(gè)向量寄存器有 64個(gè)寄存器。 組內(nèi)采用縱向處理方式，組間采用橫向處理方式。 主要采用兩種方法： 1. 存儲(chǔ)器－存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 多個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊并行工作 處理機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的訪問速度要求很高 2. 寄存器－寄存器結(jié)構(gòu) 運(yùn)算通過向量寄存器進(jìn)行 需要大量高速寄存器，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)訪問速度的要求降低 存儲(chǔ)器－存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 下圖說明一個(gè)具有 8個(gè)存儲(chǔ)體的向量處理機(jī)： M M 流水結(jié)構(gòu)加法器 A B C=A+B 三條互相獨(dú)立的數(shù)據(jù)通路，可并行工作，同一個(gè)存儲(chǔ)模塊同時(shí)只能為一個(gè)通路服務(wù) M M M M M M 向量處理示例 1：求 C=A+B，設(shè) A、 B、 C的存儲(chǔ)形式如圖： …… C[4] B[6] A[0] …… C[5] B[7] A[1] …… C[6] B[0] A[2] …… C[7] B[1] A[3] …… C[0] B[2] A[4] …… C[2] B[3] A[5] …… C[3] B[4] A[6] …… C[4] B[5] A[7] 模塊 0 模塊 1 模塊 2 模塊 3 模塊 4 模塊 5 模塊 6 模塊 7 A、 B、 C在主存儲(chǔ)器中的存放情況 流水段 1 流水段 2 流水段 3 流水段 4 W4 W4 RB6 RB6 RA0 RA0 W5 W5 RB7 RB7 RA1 RA1 W6 RA2 RA2 RB0 RB0 RA3 RA3 RB1 RB1 W0 W0 RA4 RA4 RB2 RB2 W1 W1 RA5 RA5 RB3 RB3 W2 W2 RA6 RA6 RB4 RB4 W3 W3 RA7 RA7 RB5 RB5 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 兩個(gè)向量在流水線方式下分量相加的時(shí)序圖 時(shí)間（時(shí)鐘周期） 在流水線的輸入端和輸出端增加緩沖器可以消除爭用存儲(chǔ)器現(xiàn)象。 ? 需要有標(biāo)量寄存器和地址寄存器等。 6. 聚集 散射指令（ gather and scatter inst
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