第六章向量處理機(編輯修改稿)
2024-08-28 13:20 本頁面
【文章內容簡介】 6. 聚集 散射指令（ gather and scatter instruction） :將兩個向量寄存器（分別存放數(shù)據(jù)和變址值）聚集分布在存儲器中的向量元素，或者把向量元素散射到存儲器中。聚集指令根據(jù)變址值把存儲器中某個稀疏向量的非 0元素取出放到向量寄存器中。散射指令進行相反的操作，把一個向量以稀疏向量的形式存入存儲器中，其 0項由變址值指出。 7. 屏蔽指令（ masking instruction） :利用屏蔽向量將一個向量壓縮或者展開成一個較短或較長的索引向量。 提高向量處理機性能的辦法 向量處理機系統(tǒng)結構的設計目標 ? 較好地維持向量 /標量性能平衡 向量平衡點（ vector balance point)定義為：為了使向量硬件設備和標量硬件設備的利用率相等，一個程序中向量代碼所占的百分比。 例如：系統(tǒng)在向量模式下能夠達到 9Mflops，在標量模式下能夠達到 1Mflops的運算速度，假設代碼的 90%是向量運算， 10%是標量運算，這樣花在兩種模式上的計算時間相等，那么向量平衡點為 。 幾種超級計算機的向量性能和標量性能 （了解） 機器型號 Fujitsu VP400 Cray IS Cray 2S Cray XMP Cray YMP Hitachi S820 NEC SX2 向量性能 Mflops 標量性能 Mflops 向量平衡點 ? 可擴展性隨處理機數(shù)目的增加而提高 可擴展性的三個目標：規(guī)?？蓴U展性、換代可擴展性、問題可擴展性。 ? 提供高性能的 I/O和易訪問的網(wǎng)絡 提高向量處理機性能的常用技術 多功能部件并行操作 提高相鄰的兩條或多條向量指令的執(zhí)行速度 鏈接技術 加快條件語句和稀疏矩陣的處理 使循環(huán)向量化，以提高向量處理的速度 加快向量的歸約操作 多功能部件的并行操作 1. 向量寄存器沖突（ Vi沖突） 2. 功能部件沖突 向量寄存器沖突（ Vi沖突） ：并行工作的各向量指令的源向量或者結果向量使用相同的 Vi。包括源向量沖突、結果向量沖突、先讀后寫的向量沖突和源目向量相關。 V3 ? V1＋ V2 V3 ? V1＋ V2 V6 ? V1*V5 V3 ? V4 * V5 源向量沖突 結果向量沖突 V3 ? V1＋ V2 V3 ? V1＋ V2 V1 ? V4*V5 V5 ? V3 * V4 先讀后寫的向量沖突 源目向量相關 發(fā)生 源目向量相關的兩條指令在不發(fā) 生其它 Vi沖突和功能部件沖突的前提下，可通過鏈接機構將兩條向量指令的處理過程鏈接起來，實現(xiàn)兩條指令的流水處理。 功能部件沖突： 指同一功能部件被一條以上的要求并行工作的向量指令所使用。如下面兩條指令由于都使用了向量加法部件，因此，存在向量加法部件使用沖突。 V3 ? V1＋ V2 V6 ? V4 +V5 向量鏈接技術 (chaining) 指在不出現(xiàn)向量寄存器沖突和功能部件沖突時，通過鏈接機構將有源目向量相關的前后兩條或多條向量指令進行鏈接而實現(xiàn)并行處理的技術。 機器會自動檢查每一條向量指令是否可能與它前一條或兩條向量指令（兩個向量長度相同且首元素時間對準時）存在 源目向量相關（同時無向量寄存器沖突和功能部件沖突），若存在，則在前一條或兩條指令的第一個結果分量都到達向量寄存器組且可以作為本條向量指令的源操作數(shù)時，立即啟動本條指令工作而形成鏈。有了鏈接技術，就可以使一些存在源目向量相關的指令也能并行處理。 CRAY1共有 8個向量寄存器組，一般可以有 25個功能部件鏈接在一起工作。 例如：求向量運算 D=A*（ B+C），若向量的長度 N《 =64，向量的分量為浮點熟，且向量 B、 C已取到 V0、 V1中。試分析采用下述三條指令實現(xiàn)功能而采用的鏈接技術。 V3 ? A /訪存取 A向量 / V2 ? V0＋ V1 /B向量和 C向量相加 / V4 ? V2 V3 /浮點乘，存 D向量 / [分析 ]：第一、二條指令沒有向量寄存器沖突和功能部件沖突，故這兩條向量指令可以并行執(zhí)行；第三條指令與第一、二條指令均無功能部件沖突，但存在 向量寄存器沖突 ，由于向量寄存器沖突屬于源目向量相關，因此只要第一條指令中的結果 V3的第一個分量與第二條指令的結果響亮 V2的第一個分量均產生，就可以通過鏈接機構將這一對分量直接送往浮點乘功能部件，鏈接執(zhí)行第三條指令。 如下頁圖所示，訪存與浮點加并行執(zhí)行，再與浮點乘鏈接執(zhí)行，執(zhí)行上述三條指令，獲得第一個結果分量并存入 V4，所需要的拍數(shù)（也稱為鏈接流水線的流水時間）為： 1 6 1 1 7 1 = 17拍 啟動訪存 訪存 存 V3 送浮乘部件 浮乘 存 V4 由于每一拍可取得一個結果分量存入 V4，因此獲得全部結果分量所需拍數(shù)為 17+（ N1） 送浮加部件 浮加 存 V2 送浮乘部件 . . . V0 . . . V1 1 2 . . . 6 . . . V2 存儲器 . . . V3 浮點加 訪存 1 2 . . . 6 并行與瀲接操作過程圖 1 2 . . . 7 . . . V4 浮點乘 實現(xiàn)鏈接的條件 ： (1) 沒有向量寄存器沖突和運算部件沖突。 (2) 只有第一個結果送入向量寄存器的那一個周期可以鏈接。 (3) 先行的兩條指令產生運算結果的時間必須相等。 (4)
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