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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 每个时钟同时启动多条指令 减少相关，减少功能变换次数，增加处理指令条数。 向量的流水处理（续） 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。 向量的流水处理（续） 向量处理过程 置VL、VM、A 取向量到V 运算。 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。 向量的流水处理（续） 向量处理工作方式 如：D=A×(B+C) 横向加工：bi+ci-k, k*ai-di 产生N次相关，2N次功能切换，适合标量循环 纵向加工：bi+ci-ki, ki*ai-di 产生1次相关，1次功能切换，可流水处理 纵横处理：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 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，V3=V1^V2 向量V1与标量S运算得向量V2，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 超级向量流水处理机举例 1972年成立CRAY公司，至今生产了400台以上的超级计算机 1979年CRAY-1S，CRAY-1改进型，有10条流水线 1983年CRAY X-MP,用4台CRAY-1 1985年CRAY-2S 1988年CRAY Y-MP，8台处理机 1991年CRAY Y-MP C-90 1996年12月，克雷研究公司也被SGI公司以7.5亿美元收购 2000年，被Tera公司合并，同年更名Cray 目前产品：MTA、SV1、SX_6、T3E 2002年Cray X1。运算速度最高为每秒52万亿次，支持65.5TB存储器。 宣布了在2010年以前实现能够连续地处理每秒1000万亿次 Cray公司称，他们将在2008年使用四核心的AMD Opteron处理器建造XT4超级计算机，并将在2009年接近1Pflops（每秒1000万亿次浮点运算）能力。 网址： 超级向量流水处理机举例（续） CDC公司1973年推出第一台超级计算机STAR-100 1964年CDC-6600 RISC特征 1982年 CYBER 205 1999年 被Syntegra收购 ETA10：8个CPU 网址： §3 指令级高度并行的超级处理机 超标量处理机 超流水线处理机 超标量超流水线处理机 超长指令字处理机 超标量处理机 采用多指令流水线（度=m） 配置多套功能部件、指令译码电路和多组总线，并且寄存器也备有多个端口和多组总线。 适合于求解稀疏向量、矩阵 IBM RS/6000、DEC 21064、Intel i960CA、Tandem Cyclone（飓风）等 超标量处理机（续） 超标量处理机基本结构 一般流水线处理机： 一条指令流水线 一个多功能操作部件，每个时钟周期平均执行指令的条数小于1。 多操作部件处理机： 一条指令流水线 多个独立的操作部件，操作部件可以采用流水线，也可以不流水 多操作部件处理机的指令级并行度小于1 超标量处理机典型结构： 多条指令流水线 进的超标量处理机有：定点处理部件CPU，浮点处理部件FPU,图形加速部件GPU 大量的通用寄存器，两个一级高速Cache 超标量处理机的指令级并行度大于1 举例： Motorola公司的MC88110 10个操作部件 两个寄存器堆：整数部件通用寄存器堆，32个32位寄存器；浮点部件扩展寄存器堆，32个80位寄存器。每个寄存器堆有8个端口，分别与8条内部总线相连接，有一个缓冲深度为4的先行读数栈和一个缓冲深度为3的后行写数栈。 两个独立的高速Cache中，各为8KB，采用两路组相联方式。 转移目标指令Cache，在有两路分支时，存放其中一路分支上的指令 超标量处理机MC88110的结构 单发射与多发射 单发射处理机： 每个周期只取一条指令、只译码