第六章向量處理機-展示頁
2024-08-16 13:20本頁面
【正文】 能計算機結(jié)構(gòu) 2）由于向量內(nèi)各個元素間很少相關(guān)，而且對向量中各元素一般又是執(zhí)行同一操作，向量處理機一般都采用流水線結(jié)構(gòu)，有多條流水線并行工作 3）一條向量指令對應(yīng)一個循環(huán)的數(shù)組運算，一條向量指令包含大量的數(shù)據(jù)運算 4）向量處理機通常屬大型或巨型機，也可以用微機加一臺向量協(xié)處理器組成 5）一般向量計算機中包括有一臺高性能標(biāo)量處理機 6）必須把要解決的問題轉(zhuǎn)化為向量運算，向量處理機才能充分發(fā)揮作用 向量處理機與標(biāo)量處理機比較： 1) 向量操作比一串標(biāo)量指令操作更快 2) 向量流水處理機還可使訪存和有效地址計算流水化 3) 通過設(shè)置多個向量運算部件并且允許多個向量操作同時進行，可開發(fā)對不同元素進行多個向量操作的并行性 向量處理方式 要根據(jù)向量運算的特點和向量處理機的類型選擇向量的處理方式。 上述程序用向量化指令序列實現(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個獨立的數(shù)構(gòu)成的整體稱為 向量 ，對這一組數(shù)的運算稱為 向量處理 。 } 在標(biāo)量處理機 上用下述指令實現(xiàn)： A、 B、 C分別是向量 a、 b、 c在內(nèi)存中的起始地址： INITIALIZE I=1 10 if (iN ) GOTO 20 read b[I] read c[I] add b[I]+c[I] store a[I]?b[I]+c[I] read a[I+1] multiply 2*a[I+1] store b[I] ?2*a[I+1] increment I ?I+1 goto 10 20 Stop 常量 2， a， b， c中每一個元素都稱為一個標(biāo)量。 i++) { a[i] = b[i] +c[i] 。第六章 向量處理機 向量處理的基本概念 什么是向量處理？ 例如：一個簡單的 C語言程序如下： for (i = 1。 i n。 b[i] =2*a[ i+1] 。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或一對數(shù)據(jù)。一條向量處理指令可以處理 n個或 n對操作數(shù)。 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。 2． 縱向處理方式 ， 又稱為垂直處理方式，縱向加工方式等。 3． 縱橫處理方式 ， 又稱為分組處理方式，縱橫向加工方式等。 以一個簡單的 C語言編寫的程序為例，說明向量的三種處理方式的工作原理。 橫向處理方式 也稱為水平處理方式，橫向加工方式等 逐個分量進行處理：假設(shè)中間結(jié)果為 T[I] 計算第 1個分量： T[1] ＝ B[1]＋ C[1] Y[1] ＝ A[1] T[1] 計算第 2個分量： T[2] ＝ B[2]＋ C[2] Y[2] ＝ A[2] T[2] …… 最后一個分量： T[N] ＝ B[N]＋ C[N] Y[N]＝ A[N] T[N] ? 存在兩個問題： 在計算向量的每個分量時，都發(fā)生寫讀數(shù)據(jù)相關(guān)。 縱向處理 ? 也稱為垂直處理方式，縱向加工方式等 T[1] = B[1] + C[1] T[2] = B[2] + C[2] …… T[n] = B[n] + C[n] Y[1] = A[1] T[1] Y[2] = A[2] T[2] …… Y[N] = A[N] T[N] ? 采用向量指令只需要 2條： VADD B， C， T VMUL A， T， Y ? 這種處理方式適用于向量處理機， 數(shù)據(jù)相關(guān)不影響流水線連續(xù)工作。 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。當(dāng)向量長度 N大于向量寄存器長度 n時，需要分組處理。m+r，其中： r為余數(shù)，共分k+1組。因此，也稱為分組處理方式，縱橫向加工方式等。最 關(guān)鍵問題 是存儲器系統(tǒng)能夠滿足運算部件帶寬的要求。 可變延遲器 可變延遲器 主存 儲器 流水結(jié) 構(gòu)加法 器 A B C 延遲 4個時鐘周期 延遲 2個時鐘周期 W0 RB8 RB8 RA8 RA8 RB0 RB0 RA0 RA0 RB9 RB9 RA9 RA9 RB1 RB1 RA1 RA1 RB10 RA10 RA10 RB2 RB2 RA2 RA2 RA11 RA11 RB3 RB3 RA3 RA3 RA12 RB4 RB4 RA4 RA4 RB5 RB5 RA5 RA5 RB6 RB6 RA6 RA6 RB7 RB7 RA7 RA7 7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 6 5 4 3 2 1 0 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 流水段 1 流水段 2 流水段 3 流水段 4 存儲器發(fā)生沖突時兩個向量相加的時序圖 寄存器 寄存器結(jié)構(gòu) ? 把存儲器 存儲器結(jié)構(gòu)中的緩沖棧改為向量寄存器，運算部件需要的操作數(shù)從向量寄存器中讀取，運算的中間結(jié)果也寫到向量寄存器中。 連續(xù)訪問一個向量的各個分量。 ? 采用寄存器 寄存器結(jié)構(gòu)的 主要優(yōu)點：降低主存儲器的流量。 ? STAR100的主存儲器流量：32 8W/=200MW/S CRAY1的主存儲器流量： 4W/50ns=80MW/S
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