计算机系统结构 第6讲 向量处理机.ppt

计算机系统结构 第六章 向量处理机 第6章 向量处理机 6.１ 向量数据表示方式 6.1.1 从标量到向量 6.1.2 等间距向量表示法 6.1.3 带位移量的向量表示法 6.1.4 稀疏向量表示法 6.1.1 从标量到向量 在一般标量处理机中需要如下指令序列来实现（A、B、C分别是向量a、b、c在内存中的起始地址）： 6.1.2 等间距向量表示法 三个参数表示一个等间距向量： 向量起始地址：A 向量长度：L 向量间距：f 例如：我国研制的银河向量机，有8个向量寄存器V0～V7，每个向量寄存器由64个64位的寄存器组成，存储器字长64位，采用字节编址方式，则连续向量的间距为 f=8。向量指令采用三地址形式： 例如：Vi ? Vj OP Vk，向量长度(VL)= 50，则实际完成的运算是： V3,00～V3,49与V5,00～V5,49分别相加， 结果放在V1,00～V1,49中。 6.1.3 带位移量的向量表示法 用三个参数表示一个向量： 向量基地址：A 向量长度：L 向量位移量：f 向量有效长度：L－f 向量起始地址：A＋f 优点：每个向量可以带有位移，能够通过控制向量实现可变增量。 能够表示稀疏向量。 带位移量的向量表示法 6.1.4 稀疏向量表示法 定义：0元素很多，非0元素很少的向量称为稀疏向量 采用压缩方法存储稀疏向量可以节省存储空间。 可以还原之后进行运算，也可以用压缩方法直接进行运算 6.2 向量处理机的结构 主要采用两种方法： 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 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 1. 存储器－存储器结构 向量处理机中有多个高速流水线运算部件， 存储器的访问速度是关键 采用多个存储体交叉和并行访问来提高存 储器速度 例如：CRAY-1有64个存储体，每个处理机访问4个存储体 STAR-100采用32个存储体交叉，每个存储体并行读出8个64位数据 我国研制的YH-1向量计算机有37个存储体 操作数缓冲栈和写结果缓冲栈主要用于解决访问存储器冲突。虽然采用质数个存储体能消除访问存储器的冲突，但是，数据经过多次运算之后，在存储体中分布必然发生改变 主要优缺点： 硬件结构简单, 造价低；速度相对较低 2. 寄存器-寄存器结构 把存储器-存储器结构中的缓冲栈改为向量 寄存器 运算部件需要的操作数从向量寄存器中读取， 运算的中间结果也写到向量寄存器中。 向量寄存器与标量寄存器的主要差别是： 一个向量寄存器能够保存一个向量， 连续访问一个向量的各个分量。 需要有标量寄存器和地址寄存器等。 采用寄存器-寄存器结构的主要优点： 降低主存储器的流量 例如：采用寄存器-寄存器结构的CRAY-1与采用存储器-存储器结构的STAR-100比较， 运算速度高3倍多， 而主存流量低2.5倍。 6.3 向量处理方式 有三种处理方式： 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。 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。 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。 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。 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] ); 1. 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) ……计算最后一个分量： 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。 2. 纵向处理方式 也称为垂直处理方式，纵向加工方式等 T(