第六章向量處理機-文庫吧資料
2024-08-14 13:20本頁面
【正文】 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(guān)，因此只要第一條指令中的結(jié)果 V3的第一個分量與第二條指令的結(jié)果響亮 V2的第一個分量均產(chǎn)生，就可以通過鏈接機構(gòu)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。 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。有了鏈接技術(shù)，就可以使一些存在源目向量相關(guān)的指令也能并行處理。 V3 ? V1＋ V2 V6 ? V4 +V5 向量鏈接技術(shù) (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(gòu)將有源目向量相關(guān)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(shù)。 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。包括源向量沖突、結(jié)果向量沖突、先讀后寫的向量沖突和源目向量相關(guān)。 幾種超級計算機的向量性能和標(biāo)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(biāo)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(biāo)：規(guī)?？蓴U展性、換代可擴展性、問題可擴展性。 提高向量處理機性能的辦法 向量處理機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標(biāo) ? 較好地維持向量 /標(biāo)量性能平衡 向量平衡點（ vector balance point)定義為：為了使向量硬件設(shè)備和標(biāo)量硬件設(shè)備的利用率相等，一個程序中向量代碼所占的百分比。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。 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。 例如：采用寄存器 寄存器結(jié)構(gòu)的 CRAY1與采用存儲器 存儲器結(jié)構(gòu)的 STAR100比較，運算速度高 3倍多，而主存流量低 。 ? 需要有標(biāo)量寄存器和地址寄存器等。 ? 向量寄存器與標(biāo)量寄存器的主要差別是： 一個向量寄存器能夠保存一個向量， 例如： 64個 64位寄存器。 主要采用兩種方法： 1. 存儲器－存儲器結(jié)構(gòu) 多個獨立的存儲器模塊并行工作 處理機結(jié)構(gòu)簡單，對存儲系統(tǒng)的訪問速度要求很高 2. 寄存器－寄存器結(jié)構(gòu) 運算通過向量寄存器進行 需要大量高速寄存器，對存儲系統(tǒng)訪問速度的要求降低 存儲器－存儲器結(jié)構(gòu) 下圖說明一個具有 8個存儲體的向量處理機： M M 流水結(jié)構(gòu)加法器 A B C=A+B 三條互相獨立的數(shù)據(jù)通路，可并行工作，同一個存儲模塊同時只能為一個通路服務(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 兩個向量在流水線方式下分量相加的時序圖 時間（時鐘周期） 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器現(xiàn)象。 向量處理機結(jié)構(gòu) 向量處理機的基本思想是把兩個向量的對應(yīng)分量進行運算，產(chǎn)生一個結(jié)果向量。 組內(nèi)采用縱向處理方式，組間采用橫向處理方式。 ? 分組方法： n＝ K ? 用于寄存器 寄存器結(jié)構(gòu)的向量處理機中 向量寄存器的長度是有限的，例如，每個向量寄存器有 64個寄存器。不同的運算操作只需要切換 1次。流水線效率低 如果采用多功能流水線，必須頻繁進行流水線切換 ? 橫向處理方式對向量處理機不適合 即使在標(biāo)量處理機中，也經(jīng)常通過編譯器進行指令流調(diào)度。 for (i = 1； i = n； i++) y[i] = a[i] ( b[i] + c[i] )。橫向處理和縱向處理相結(jié)合的方式。向量計算是按列的方式自上而下縱向地進行。向量計算是按行的方式從左至右橫向地進行。 1）向量處理機是解決數(shù)值計算問題的一種高性
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