体系结构课件chapter53章节.pptVIP

1、向量计算机系统结构的发展趋势 提供多种向量运算指令。 除具有向量处理功能外还有其它功能。 采用多层次的存储器系统。 流水线技术与并行技术相结合。 向量处理机的发展 2、向量计算机系统结构要解决的六个技术问题： 处理机带宽，两种方法： 运算部件采用流水线结构; 用多个运算器构成并行系统。 存储器带宽，多种解决方法： 用多个独立的存储体构造一个大容量的存储器系统。 采用多层次的存储器系统提高访问速度。 采用高速缓冲存储器和可寻址的寄存器组效果最好。 采用流水线技术，存储系统的访问速度快5～20倍。 输入／输出带宽许多高性能向量处理机配备10 ~ 29个DMA通道。 通信带宽。共享存储器或互连网络。 同步。多流水线结构通过控制程序使所有流水线同步工作。 Cray-1系统采用流水线互锁来控制向量操作，不冲突的操作可以并行地执行，相关的操作尽可能链接起来重叠地进行。 多用途。非数值计算问题。 3、向量计算机系统结构的主要优点是： 通过流水线存取方式有效地提高了存储器的带宽。 流水结构的运算器有很高的性能价格比。 非常简单的机制就能满足通信和同步的要求。 向量处理机以Mflops (Million floating-point operations per second)作为速度单位。一般认为，标量计算机中执行一次浮点运算需２~５条指令，平均需３条指令。 * 小结 流水线方式 相关问题：转移、数据、控制、指令 时空图分析 单功能非线性流水线调度 超标量、超流水线、VLIW 横向处理就是：+*+*… 纵向处理就是：+++…***… 横向处理就是：+*+*… 纵向处理就是：+++…***… 计算机系统结构 * 5.3 向量的流水处理与向量流水处理机 将向量数据表示和流水线技术结合起来，构成向量流水处理机，简称向量处理机（Vector Processor） 向量的流水处理 向量流水处理机 * 向量的流水处理 提高流水性能方法： 增加流水线段数，以减少Δt 减少相关，减少功能变换次数，增加处理指令条数。 每个时钟同时启动多条指令 * 向量操作特点 向量元素间操作相互独立，且为相同操作 相当于标量循环，对指令带宽的访问要求不高。 可采用多体交叉存储器，减少访存延迟。 向量操作很适合于流水处理或并行处理 流水处理机:向量的分量间采取的是流水方式。 并行处理机(SIMD): 处理向量时采取的是并行方式。 * 向量处理工作方式 如：D=A×(B+C) 其中，A、B、C、D都是具有N个元素的向量 横向处理：bi+ci - k, k*ai-di +*+*+*… 产生N次相关，2N次功能切换，适合标量循环 纵向处理：bi+ci - ki, ki*ai di +++… ***… 产生1次相关，1次功能切换，可流水处理 * 向量处理工作方式 纵横处理： 如果向量的长度N太长，超出了向量寄存器组中寄存器的个数，可以将该向量分割成若干个组，使每组都能装得进向量寄存器组中。 这样，每一组内均按纵向方式处理，而组和组之间则采用软件方法编制循环程序的方法依次循环处理。 对向量分组，组内纵向、组间横向处理 * 向量流水处理机 向量流水处理机的指令系统 向量流水处理机的结构 超级向量流水处理机举例 * 向量流水处理机的指令系统 包含有向量型和标量型两类指令 向量型运算类指令一般又可以有如下几种：  向量V1运算得向量V2， 如V2=SIN(V1)；  向量V运算得标量S， 如 ；  向量V1与向量V2运算得向量V3，如V3=V1∧V2；  向量V1与标量S运算得向量V2， 如V2=S*V1。 特殊操作指令 向量比较指令；向量压缩指令 归并指令 ； 向量传送指令 向量指令结构 操作码、源目的操作数（基地址、地址偏移量、地址增量、向量长度） * 向量流水处理机的结构 1972年首次交付使用CRAY-1向量流水处理机 分布异构型多处理机系统，由中央处理机、诊断维护控制处理机、大容量磁盘存储子系统、前端处理机组成； 6个流水线单功能部件：整数加、逻辑运算、移位、浮点加、浮点乘和浮点迭代求倒数； 向量寄存器由512个64位寄存器组成，分成8组 中央处理机的运算部分有12条可并行工作的单功能流水线，可分别流水地进行地址、向量、标量的各种运算。 流水线功能部件直接访问的向量寄存器组V0~V7、标量寄存器S0~S7及地址寄存器A0~A7。 * * 为发挥向量寄存器和可并行工作的6个流水线功能部件的作用， 加快对向量的处理，将CRAY-1设计成每个Vi组都有连到6个功能部件的单独总线，而每个功能部件也都有把运算结果送回向量寄存器组的输出总线。 只要不出现Vi冲突和功能部件冲突，各个Vi之间和各个功能部件之间都能并行工作，大