计算机系统结构六.doc

第六章 向量流水处理 6.1向量流水机的基本系统结构 向量是N个元素的有序数组，N称为向量的长度。向 量运算是指一个向量中的N个元素做同一种运算。例如A、 B两个向量相加产生C向量,就是A、B两个向量对应各元 素相加产生C向量的对应各元素。 用流水技术直接对向量进行运算处理，称向量流水处 理，可直接识别处理向量的计算机称为向量流水处理机。 6.1.1向量流水处理的主要特点 (1) 在向量操作中,每个当前结果向量元素的计算与以 前结果向量元素的计算是相互独立的，这就允许向量流水 线有较深的深度。 (2) 一条向量指令相当于一个标量循环，从而可降低 对指令访问带宽的要求，此外，这也消除了由循环转移可 能引起的控制相关。 (3) 若向量指令所要访问的向量元素均相邻,则可以在 交叉存储体中高速地依次访问它们，由于一个向量中通常 含有多个元素，因此对存储器访问的延迟平均到每个元素 上，其访存等待时间开销是较小的。 这些特点使得对相同数量的数据项进行操作时，向量 操作要比一串标量指令操作更快，并且访存和有效地址计 算流水化，多个向量操作同时进行，这可开发对不同元素 进行多个向量操作的并行性。 6.1.2向量机的基本系统结构 向量机系统结构主要分两大类： ·存储器-存储器工作方式 这种向量机的主要特点是向量操作的源向量都取自主 存且操作生成的结果向量也存放到主存中。 属这类向量机典型的有：TI公司的ASC(1972年),CDC 公司的STAR-100(1973年),CYBER-205(1980年)和ETA-10 (1986年) 。 ·寄存器-寄存器工作方式 此类向量机向量操作的源向量都取自寄存器且操作生 成的结果向量也存放到寄存器中。 这类向量机典型的有：CRAY公司的CRAY-1(1976年)， 日本富士通公司的FACOM系列向量机，日立公司的S810/ 820向量机，日本电气公司的SX-1、SX-2和SX-3向量机， 中国的YH向量机以及80年代中期的小巨型机CONVEX 系列机等。 一个典型的向量机系统的基本结构如下图所示。其主 组成包括：一个标量流水部件和一个向量流水部件，其中 有向量功能部件、向量取存部件、向量寄存器或向量缓冲 部件、标量寄存器、标量处理部件以及向量控制器等部件。 向量处理机的典型结构图 6.1.3向量启动时间和启动率 一条向量指令执行所需时间可用以下公式表示： 其中，为向量流水的启动时间，n为向量长度，为启 动率，即向量流水线填满后，每流出一个结果所需时间。 6.2向量操作长度控制和向量访问步长 在寄存器型的向量机中，有一个自然的向量长度，但