第12章陣列處理機(jī)曹強(qiáng)計(jì)算機(jī)學(xué)院武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室信息(編輯修改稿)
2024-11-29 15:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 512位，最大傳輸率為 109b/s。 25/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 ? I/O系統(tǒng) 包括 3部分： ? 輸入 /輸出開關(guān) IOS ? 作為一個(gè)開關(guān)，把 DFS或可能連上的實(shí)時(shí)裝置轉(zhuǎn)接到陣列存儲(chǔ)器，進(jìn)行大批數(shù)據(jù)的 I/O傳送； ? 作為 DFS和 PEM之間的緩沖，以平衡兩邊不同的數(shù)據(jù)寬度。 ? 控制描述字控制器 CDC ? 對(duì)陣列控制器 CU的 I/O請(qǐng)求進(jìn)行管理 ? BIOM ? 在 DFS和 B6700之間，是為了取得二者之間傳送帶寬上的匹配。 26/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 ? B6700管理計(jì)算機(jī) ? 管理全部系統(tǒng)資源，完成用戶程序的編譯或匯編， ? 為 Illiac Ⅳ 進(jìn)行作業(yè)調(diào)度、存儲(chǔ)分配、產(chǎn)生 I/O控制描述字送至 CDC、處理中斷、提供操作系統(tǒng)所具備的其他服務(wù)等。 實(shí)例 2： BSP計(jì)算機(jī) ? 美國寶來公司和伊利諾依 大學(xué) 1979年 ? 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的 SIMD計(jì)算機(jī)的典型代表 ? 最高處理性能： 每秒 5千萬次 浮點(diǎn)運(yùn)算 ? 依靠并行性來提高性能 BSP計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖 文件存儲(chǔ)器系統(tǒng) 系統(tǒng)管理機(jī) B 7 7 0 0 / B 7 8 0 0 操作系統(tǒng)和 維護(hù)信息 控制 維護(hù)單元 并行處理機(jī) 控制器 標(biāo)量 處理單元 指令 / 控制存儲(chǔ)器 2 5 6 K 字 控制處理機(jī) 文件存儲(chǔ)器 CCD 4 ～ 6 4 M 字 文件存儲(chǔ)器控制器 程序和數(shù)據(jù) 2 5 0 K 字 /s 1 2 . 5 M 字 /s 并行處理機(jī) 并行存儲(chǔ)器 0 . 5 ～ 8M 字 1 0 0 M 字 /s 入口和出口 對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) 1 0 0 M 字 /s 16 個(gè)算術(shù)單元 28/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 ? BSP處理機(jī)由 3部分構(gòu)成：控制處理機(jī)，并行處理機(jī)，文件存儲(chǔ)器。 1. BSP處理機(jī) ? 并行處理機(jī) ? 包含 16個(gè)算術(shù)單元 AE、由 17個(gè)存儲(chǔ)體組成的一個(gè)無沖突訪問的并行存儲(chǔ)器和兩套對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)（分別為入口和出口對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)） ? 一條 5級(jí)的數(shù)據(jù)流水線 ? 從 17個(gè)存儲(chǔ)器輸出端口并行讀出 16個(gè)操作數(shù)； ? 經(jīng)對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) NW1將 16個(gè)操作數(shù)重新排列，形成16個(gè)算術(shù)單元所需要的順序； 29/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) 17 個(gè)存儲(chǔ)體 16 個(gè)處理單元 對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) NW 1 NW 2 指令譯碼 控制部件 存儲(chǔ)器 處理器 BSP的 5級(jí)數(shù)據(jù)流水線結(jié)構(gòu)示意圖 30/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 ? 將排列好的 16個(gè)操作數(shù)送到 16個(gè)算術(shù)單元進(jìn)行處理； ? 所得的 16個(gè)結(jié)果經(jīng)對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò) NW2重新排列成在 17個(gè)存儲(chǔ)體中存儲(chǔ)所需要的次序； ? 寫入并行存儲(chǔ)器。 ? 兩套對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的 作用 ：在讀或?qū)懖⑿写鎯?chǔ)器時(shí)，使并行存儲(chǔ)器中為保證無沖突訪問而錯(cuò)開存放的操作數(shù)順序能夠與算術(shù)單元并行處理所要求的正常順序協(xié)調(diào)一致。 ? 這種流水線對(duì)提高系統(tǒng)處理效率有很大作用 。 ? 有效地實(shí)現(xiàn)了處理單元、存儲(chǔ)器和互連網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間上重疊工作，在理想情況下能取得帶寬的完全匹配。 31/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 ? 可把大于 16的任意長度的向量按 16個(gè)分量的標(biāo)準(zhǔn)長度分為若干段，依次在時(shí)間上重疊起來進(jìn)行處理。 ? 實(shí)現(xiàn)不同向量指令的重疊執(zhí)行。 ? 數(shù)據(jù)保存在由 17個(gè)存儲(chǔ)體組成的并行存儲(chǔ)器中，每個(gè)存儲(chǔ)體的容量可達(dá) 512K字，存儲(chǔ)周期為 160ns。 （一個(gè)無沖突訪問存儲(chǔ)器 ） ? 控制處理機(jī) 控制并行處理機(jī)，提供與系統(tǒng)管理機(jī)相連的接口。 ? 標(biāo)量處理單元：處理存儲(chǔ)在指令 /控制存儲(chǔ)器中的全部操作系統(tǒng)和用戶程序的指令。 32/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 ? 全部的向量指令以及某些成組運(yùn)算的標(biāo)量指令被送給并行處理機(jī)控制器。在經(jīng)過合格性檢查之后，并行處理機(jī)控制器將指令轉(zhuǎn)換為微操作序列去控制 16個(gè) AE操作。 ? 指令 /控制存儲(chǔ)器的容量為 256K字，存儲(chǔ)周期為 160ns，字長為 56位，其中 8位是校驗(yàn)位，提供單錯(cuò)校正和雙錯(cuò)檢測(cè)的能力。 ? 控制維護(hù)單元：系統(tǒng)管理機(jī)與控制處理機(jī)的接口，用來對(duì)控制處理機(jī)進(jìn)行初始化以及監(jiān)控命令的通信和維護(hù)。 33/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 ? 文件存儲(chǔ)器 ? BSP直接控制下的唯一外圍設(shè)備。 ? BSP程序執(zhí)行過程中所產(chǎn)生的暫存文件和輸出文件都是先存放在文件存儲(chǔ)器中，然后才被送給系統(tǒng)管理機(jī)，輸出給用戶。 ? 文件存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)傳輸率較高，大大緩解了 I/O受限問題 。 2. BSP并行存儲(chǔ)器 ? 由 17個(gè)存儲(chǔ)體組成 ? 可以實(shí)現(xiàn) 無沖突訪問 34/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 實(shí)現(xiàn)無沖突訪問的硬件支持： ? 質(zhì)數(shù)個(gè)存儲(chǔ)器端口（存儲(chǔ)體數(shù)是質(zhì)數(shù) 17） ? 存儲(chǔ)端口和 AE之間的交叉開關(guān)（對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)） ? 特殊的存儲(chǔ)器地址生成機(jī)構(gòu) 討論一臺(tái)含 N個(gè) AE和 M個(gè)存儲(chǔ)體的類 BSP機(jī)的情況。 ? 地址映像規(guī)則 ? 先將二維數(shù)組按列優(yōu)先或者按行優(yōu)先的順序變換為一維數(shù)組，以形成一個(gè)一維線性地址空間，地址用 A表示。 ? 然后將地址 A變換成并行存儲(chǔ)器地址 （ i， j） 。 其中： j 是存儲(chǔ)體體號(hào)， j＝ A (mod M) 35/50 ▲ 陣列處理機(jī)實(shí)例 ? i：在相應(yīng)存儲(chǔ)體內(nèi)的地址， i= 。 ? 存儲(chǔ)體的個(gè)數(shù) M是一個(gè)質(zhì)數(shù)。 ? 一個(gè)比較簡(jiǎn)單的例子 設(shè)并行存儲(chǔ)器的體數(shù) M＝ 7（質(zhì)數(shù)），運(yùn)算單元數(shù) N＝ 6。 考慮下述 4 5的數(shù)組： a 00 a 01 a 02 a 03 a 04 a 1 0 a 1 1 a 1 2 a 1 3 a 1 4 a 2 0 a 2 1 a 2 2 a 2 3 a 2 4
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