六章向量处理机.pptVIP

6.1 向量处理的基本概念 什么是向量处理？ 例如：一个简单的C语言程序如下： for (i = 1; i n; i++) { a[i] = b[i] +c[i] ; b[i] =2*a[ i+1] ; } 在标量处理机上用下述指令实现： A、B、C分别是向量a、b、c在内存中的起始地址： 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 上述程序用向量化指令序列实现为： a[1:n]=b[1:n]+c[1:n] temp[1:n]=a[2:n+1] b[1:n]=2*temp[1:n] 将n个独立的数构成的整体称为向量，对这一组数的运算称为向量处理。一条向量处理指令可以处理n个或n对操作数。 1）向量处理机是解决数值计算问题的一种高性能计算机结构 2）由于向量内各个元素间很少相关，而且对向量中各元素一般又是执行同一操作，向量处理机一般都采用流水线结构，有多条流水线并行工作 3）一条向量指令对应一个循环的数组运算，一条向量指令包含大量的数据运算 4）向量处理机通常属大型或巨型机，也可以用微机加一台向量协处理器组成 5）一般向量计算机中包括有一台高性能标量处理机 6）必须把要解决的问题转化为向量运算，向量处理机才能充分发挥作用 向量处理方式 要根据向量运算的特点和向量处理机的类型选择向量的处理方式。 有三种处理方式：1．横向处理方式，又称为水平处理方式，横向加工方式等。向量计算是按行的方式从左至右横向地进行。2．纵向处理方式，又称为垂直处理方式，纵向加工方式等。向量计算是按列的方式自上而下纵向地进行。3．纵横处理方式，又称为分组处理方式，纵横向加工方式等。横向处理和纵向处理相结合的方式。 以一个简单的C语言编写的程序为例，说明向量的三种处理方式的工作原理。for (i = 1；i = n；i++) y[i] = a[i] ×( b[i] + c[i] ); 横向处理方式 也称为水平处理方式，横向加工方式等逐个分量进行处理：假设中间结果为T[I]计算第1个分量： T[1] ＝B[1]＋C[1] Y[1] ＝A[1]×T[1]计算第2个分量： T[2] ＝B[2]＋C[2] Y[2] ＝A[2]×T[2]……最后一个分量： T[N] ＝B[N]＋C[N] Y[N]＝A[N]×T[N] 存在两个问题：在计算向量的每个分量时，都发生写读数据相关。流水线效率低如果采用多功能流水线，必须频繁进行流水线切换 横向处理方式对向量处理机不适合即使在标量处理机中，也经常通过编译器进行指令流调度。 纵向处理 也称为垂直处理方式，纵向加工方式等 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条：VADD B， C， TVMUL A， T， Y 这种处理方式适用于向量处理机，数据相关不影响流水线连续工作。不同的运算操作只需要切换1次。 纵横处理方式 将长度为n的向量分成若干组，每组长度为m，组内按纵向方式处理，依次处理各组。 用于寄存器-寄存器结构的向量处理机中 向量寄存器的长度是有限的，例如，每个向量寄存器有64个寄存器。当向量长度N大于向量寄存器长度n时，需要分组处理。 分组方法：n＝K·m+r，其中：r为余数，共分k+1组。 组内采用纵向处理方式，组间采用横向处理方式。因此，也称为分组处理方式，纵横向加工方式等。 6.2 向量处理机结构 向量处理机的基本思想是把两个向量的对应分量进行运算，产生一个结果向量。最关键问题是存储器系统能够满足运算部件带宽的要求。 主要采用两种方法：1. 存储器－存储器结构 多个独立的存储器模块并行工作 处理机结构简单，对存储系统的访问速度要求很高 2. 寄存器－寄存器结构 运算通过向量寄存器进行 需要大量高速寄存器，对存储系统访问速度的要求降低 存储器－存储器结构 下图说明一个具有8个存储体的向量处理机： 向量处理示例1：求C=A+B，设