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4PipelinedComputations2015
1
5.1
Pipelined Computations
2
Pipelined Computations
问题分解成一系列依次完成的任务(这也是顺序程序设计的基础). 每一任务由一单独进程或处理器处理
Traditional Pipeline Concept
洗衣房例子
Ann, Brian, Cathy, Dave 每人有衣服要洗、甩干、折叠
洗衣服需要30 minutes
烘干机需要40 minutes
折叠需要20 minutes
Traditional Pipeline Concept
顺序洗衣对4件任务需要6小时
如果用流水线?
30
40
20
30
40
20
30
40
20
30
40
20
6 PM
7
8
9
10
11
Midnight
Time
Traditional Pipeline Concept
流水线洗衣需要3.5小时
6 PM
7
8
9
10
11
Midnight
T
a
s
k
O
r
d
e
r
Time
Traditional Pipeline Concept
流水线并没有减少单个任务的延迟,但是它提高了吞吐率
流水速度受限于最慢的流水阶段
多任务同时运行,但使用不同资源
可能speedup = 流水阶段数量
不均衡的流水阶段长度降低speedup
6 PM
7
8
9
T
a
s
k
O
r
d
e
r
Time
7
Example
累加数组a中所有元素:
for (i = 0; i n; i++)
sum = sum + a[i];
循环展开如下:
sum = sum + a[0];
sum = sum + a[1];
sum = sum + a[2];
sum = sum + a[3];
sum = sum + a[4];
.
.
8
Pipeline for an unfolded loop
9
Pipelining可以产生好效果的场景
假设问题可以分解成一系列顺序任务,流水线方法可以提高如下三种类型计算的速度:
1. 可以同时运行多个解决完整问题的实例
2. 一系列数据项需要处理,且每一数据项需要多个操作
3. 启动下一步骤的信息可以在当前步骤结束之前先行传递给下一步骤
Six Stage Instruction Pipeline
10
Timing Diagram for Instruction Pipeline Operation
11
12
“Type 1” Pipeline Space-Time Diagram
13
Alternative space-time diagram
14
“Type 2” Pipeline Space-Time Diagram
15
“Type 3” Pipeline Space-Time Diagram
在当前阶段完成之前信息传递给下一阶段
16
如果阶段的数量大于处理单元的数量,可将一组阶段分配给每一处理单元
17
Computing Platform for Pipelined Applications
Multiprocessor system with a line configuration
18
Example Pipelined Solutions
(Examples of each type of computation)
19
Pipeline Program Examples
Adding Numbers
Type 1 pipeline computation
20
process Pi的代码 :
recv(accumulation, Pi-1);
accumulation = accumulation + number;
send(accumulation, Pi+1);
第一进程P0的代码如下
send(number, P1);
最后进程Pn-1的代码:
recv(number, Pn-2);
accumulation = accumulation + number;
21
SPMD program
if (process 0) {
recv(accumulation, Pi-1);
accumulation = accumulation + number;
}
if (process n-1)
send(accumulation, Pi+1);
最终结果在最后进程里
22
Pipelined addition numbers
Master process and ring configuration
Sorting Numbers Insertion Sort Algorithm
23
对于从第二个元素开始的每一数组元素(nextPos = 1)
将位置
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