第六章向量處理機(jī)-wenkub.com
2025-07-29 13:20 本頁(yè)面
【正文】 若向量的長(zhǎng)度 nnv，則表示向量流水方式的工作速度優(yōu)于標(biāo)量串行方式；反之，則表示采用標(biāo)量串行方式處理各元素時(shí)，速度優(yōu)于向量流水方式。 ?主要評(píng)價(jià)向量流水線建立時(shí)間對(duì)性能的影響。 ?常在評(píng)價(jià)峰值性能時(shí)使用，單位為 MFLOPS。求總的執(zhí)行時(shí)間。每次循環(huán)主要由下面三條向量指令組成： LV V1， Rb ；取向量 B MULTVS V2， V1， Fs ；向量和標(biāo)量相乘 SV Ra， V2 ；存向量 假設(shè) A和 B的分別放在 Ra和 Rb之中， s在 Fs中。向量寄存器長(zhǎng)度為 64。 如果考慮向量長(zhǎng)度大于向量寄存器長(zhǎng)度時(shí)，則需要分段開(kāi)采。 MULTSV指令和第二條 LV指令為第二個(gè)編隊(duì)。 把幾條能在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)開(kāi)始執(zhí)行的向量指令稱為一個(gè)編隊(duì)，同一個(gè)編隊(duì)中的指令一定不存在功能部件沖突和數(shù)據(jù)相關(guān)。 i++) a[i]=5*b(i)+c。 4 100 4 2 5 1 600 400 250 200 0 200 400 0 600 250 0 100 101 102 103 104 105 106 1 2 3 4 1 2 3 4 I= I= 存儲(chǔ)器地址 稠密向量寄存器 A（ K（ I）） 稀疏向量 A（ I） 指標(biāo)向量寄存器 K（ I） VL寄存器 基址寄存器 聚合操作 4 100 4 2 5 1 600 400 250 200 0 200 400 0 600 250 0 100 101 102 103 104 105 106 1 2 3 4 1 2 3 4 I= I= 存儲(chǔ)器地址 稠密向量寄存器 A（ K（ I）） 稀疏向量 A（ I） 指標(biāo)向量寄存器 K（ I） VL寄存器 基址寄存器 散射操作 當(dāng)向量的長(zhǎng)度大于向量寄存器的長(zhǎng)度時(shí)，必須把長(zhǎng)向量分成長(zhǎng)度固定的段，采用循環(huán)結(jié)構(gòu)處理這個(gè)長(zhǎng)向量，這種技術(shù)稱為向量循環(huán)開(kāi)采技術(shù)，也稱為 向量分段開(kāi)采技術(shù) 。 1 6 1 1 641 = 72拍 啟動(dòng)訪存 送浮加部件 送浮加部件 送浮乘部件 送浮乘部件 訪存 浮加 浮乘 存 V0 存 V1 浮乘 存 V4第一分量 存 V4其它分量 (3)第二條向量指令與第一條向量指令有源目向量相關(guān)，可以鏈接執(zhí)行；第三條向量指令與第二條向量指令有源向量沖突，故只能等到第二條向量指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行第三條向量指令。 例： 在 CRAY1機(jī)上，設(shè)向量的長(zhǎng)度均為 64；所用浮點(diǎn)功能部件的執(zhí)行時(shí)間分別為：相加需 6拍，相乘需 7拍，從存儲(chǔ)器讀數(shù)需 6拍，存入寄存器及啟動(dòng)功能部件各需 1拍。 如下頁(yè)圖所示，訪存與浮點(diǎn)加并行執(zhí)行，再與浮點(diǎn)乘鏈接執(zhí)行，執(zhí)行上述三條指令，獲得第一個(gè)結(jié)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(shí)間）為： 1 6 1 1 7 1 = 17拍 啟動(dòng)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(gè)結(jié)果分量存入 V4，因此獲得全部結(jié)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(chǔ)器 . . . V3 浮點(diǎn)加 訪存 1 2 . . . 6 并行與瀲接操作過(guò)程圖 1 2 . . . 7 . . . V4 浮點(diǎn)乘 實(shí)現(xiàn)鏈接的條件 ： (1) 沒(méi)有向量寄存器沖突和運(yùn)算部件沖突。 CRAY1共有 8個(gè)向量寄存器組，一般可以有 25個(gè)功能部件鏈接在一起工作。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。 ? 提供高性能的 I/O和易訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò) 提高向量處理機(jī)性能的常用技術(shù) 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(shù) 加快條件語(yǔ)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(jié)果向量使用相同的 Vi。 7. 屏蔽指令（ masking instruction） :利用屏蔽向量將一個(gè)向量壓縮或者展開(kāi)成一個(gè)較短或較長(zhǎng)的索引向量。 ? STAR100的主存儲(chǔ)器流量：32 8W/=200MW/S CRAY1的主存儲(chǔ)器流量： 4W/50ns=80MW/S V7 V6 V5 CRAY1向量處理機(jī)結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器 V4 3 2 1 0 V3 V2 V1 V0 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 標(biāo)量緩沖 寄存器 地址緩沖 寄存器 加 1記數(shù) 移位 邏輯運(yùn)算 整數(shù)加 標(biāo)量部件 整數(shù)乘 整數(shù)加 地址部件 移位 邏輯運(yùn)算 整數(shù)加 向量部件 迭代求倒 浮點(diǎn)乘
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