流水线技术向量处理机
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◆ 标量处理机：通常用每秒执行多少指令 MIPS(Million Instructions Per Second) 来衡量机器的运算速度 。
◆ 向量处理机：常用每秒取得多少个浮点运算 结果表示机器速度，以MFLOPS(Million of Floating Point Per Second)作为测量单位。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机 虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
4. 链接技术 当两条指令出现“写后读”相关时，若它们
不存在功能部件冲突和向量寄存器(源或目的) 冲突，就有可能把它们所用的功能部件头尾相 接，形成一个链接流水线，进行流水处理。
链接特性实质上是把流水线“定向”的思想 引入到向量执行过程的结果。
制完成的，对程序员透明。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
例3.8 设A和B是长度为N的向量，考虑在 Cray-1向量处理器上实现如下的循环操作。
DO 10 I = 1，N 10 A(I) = 5.0 * B(I) + 1.0 ◆ 当N ≤64时，可以用如下指令序列实现上
述循环操作：
S1←5.0 S2←1.0 VL←N
[（1+6+1）] +Βιβλιοθήκη Baidu[（1+7+1）] +（N-1）= N + 16 拍
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
5. 向量链接的一些主要要求： (除了要保证无向量寄存器使用冲突和无向 量功能部件使用冲突的条件之外 )
◆ 在进行链接的时候，只有在前一条向量指令 的第一个结果元素送入结果向量寄存器的那 一个时钟周期才可以进行链接，若错过该时 刻就不能进行链接。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
◆ 前两条向量指令并行执行之后，再执行第 三条向量指令，则总的执行时间为：
[（1+6+1） + N-1] + [（1+7+1） + N-1] = 2N + 15 拍
◆ 采用向量链接技术，所需拍数(亦称为链接 流水线的流水时间)为：
[（1+6+1）] + [（1+7+1）] = 17 拍 则三条向量指令总执行时间为：
解：链接过程如图3.44所示：
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
访存（6拍）
存储器 V0
V1
V2
V3
V4
浮点加（6 拍）
浮点乘（7拍）
图3.44 通过链接技术实现指令重叠执行
◆ 三条向量指令全部用串行方法执行，则总 的执行时间为：
[（1+6+1） + N-1] + [（1+6+1） + N-1] +[（1+7+1） + N-1] = 3N + 22 拍
流水线技术向量处理机
1
(2) 垂直(纵向)处理方式 K＝B＋C
D＝K×A 相关：１次
功能切换：１次
3.5 向量处理机
对处理机结构的要求： 存储器-存储器型操作的运算流水线对存储器的带宽要求很高。 例如：STAR-100，CYBER-205
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机 虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
；将常数5.0送入标量寄存器S1 ；将常数1.0送入标量寄存器S2 ；在向量长度寄存器VL中设置向量长度N
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
V0←B V1←S1*V0
V2←S2+V1
A←V2
；从存储器中将向量B读入向量寄存器V0 ；向量B中的每个元素分别和常数S1
(3) 分组(纵横)处理方式 把向量分成长度为某个固定值的若干组，
组内按纵向方式处理，依次处理各组。 每组内： 相关：１次 功能切换：２次
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机 虚拟存储器的特点
对处理机结构的要求： 寄存器-寄存器型操作的运算流水线。 举例
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机 2. 向量处理机的速度评价方法
◆ 只有当前一条向量指令全部执行完毕，释放 相应的向量寄存器资源后才能执行后面的向 量指令。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
◆ 当一条向量指令的两个源操作数分别是两条 先行向量指令的结果寄存器时，要求先行的 两条向量指令产生运算结果的时间必须相等， 即要求有关向量功能部件的延迟时间相等。
◆ 只有所有可以链接执行的向量指令的向量长 度相等时，它们之间才能链接执行，否则它 们之间也不能链接执行。
另一种评定计算机速度的方法：比较法。 （选择一台速度指标得到公认的机器作为标准机，给定一些典型的基准程序。）
虚拟存储器的特点
3.5.2 提高向量处理机性能的主要技术
1. CRAY-I简介 ◆ 美国CRAY公司 ◆ 1976年 ◆ 每秒亿次浮点运算 ◆ 主频：80MHz 字长：64位
3.5 向量处理机
指令的处理。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
Vi冲突：指的是并行工作的各向量指令的源向 量或结果向量的Vi有相同的。
向量功能部件冲突：指同一个向量功能部件被 一条以上的并行工作向 量指令所使用。
3. CRAY-1向量指令类型 ◆ Vk ← Vi op Vj ◆ Vk ← Si op Vj ◆ Vk ← 主存 ◆ 主存 ← Vi
2. CRAY-1的基本结构 ◆ 向量运算部件：６个 整数加，逻辑运算，移位 浮点加，浮点乘，求倒数
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
◆ 向量寄存器组：8×64 V0 ～ V7
◆ 每个 Vi
每个向量运算部件
◆ 向量长度寄存器VL
◆ 向量屏蔽寄存器VM
CRAY-1向量处理的显著特点：只要不出现Vi 冲突和向量功能部件冲突，各个Vi之间和各个向 量功能部件之间都能并行工作，大大加快了向量
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
例 3.7 对 上 述 向 量 运 算 D=A*(B+C) ， 若 向 量 长 度 N≤64 ， 向 量 元 素 为 浮 点 数 ， 则 在 B 、 C 取 到 V0、V1后，就可用以下三条向量指令求解：
（1） V3←存储器(访存，载入A) （2） V2←V0＋V1(浮点加) （3） V4←V2*V3(浮点乘，存D)
3.5 向量处理机
6. 向量循环或分段开采技术 如果向量的长度大于向量寄存器的长度，
该如何处理呢？
◆ 向量循环 ：长向量循环分段处理的程序结构 。 把长向量分成固定长度的段，然后循环分 段处理，一次循环只处理一个向量段。
◆ 这种分段向量处理技术也称为分段开采。 ◆ 将长向量循环分段处理是由系统硬件和软件控
◆ 向量处理机：常用每秒取得多少个浮点运算 结果表示机器速度，以MFLOPS(Million of Floating Point Per Second)作为测量单位。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机 虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
4. 链接技术 当两条指令出现“写后读”相关时，若它们
不存在功能部件冲突和向量寄存器(源或目的) 冲突，就有可能把它们所用的功能部件头尾相 接，形成一个链接流水线，进行流水处理。
链接特性实质上是把流水线“定向”的思想 引入到向量执行过程的结果。
制完成的，对程序员透明。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
例3.8 设A和B是长度为N的向量，考虑在 Cray-1向量处理器上实现如下的循环操作。
DO 10 I = 1，N 10 A(I) = 5.0 * B(I) + 1.0 ◆ 当N ≤64时，可以用如下指令序列实现上
述循环操作：
S1←5.0 S2←1.0 VL←N
[（1+6+1）] +Βιβλιοθήκη Baidu[（1+7+1）] +（N-1）= N + 16 拍
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
5. 向量链接的一些主要要求： (除了要保证无向量寄存器使用冲突和无向 量功能部件使用冲突的条件之外 )
◆ 在进行链接的时候，只有在前一条向量指令 的第一个结果元素送入结果向量寄存器的那 一个时钟周期才可以进行链接，若错过该时 刻就不能进行链接。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
◆ 前两条向量指令并行执行之后，再执行第 三条向量指令，则总的执行时间为：
[（1+6+1） + N-1] + [（1+7+1） + N-1] = 2N + 15 拍
◆ 采用向量链接技术，所需拍数(亦称为链接 流水线的流水时间)为：
[（1+6+1）] + [（1+7+1）] = 17 拍 则三条向量指令总执行时间为：
解：链接过程如图3.44所示：
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
访存（6拍）
存储器 V0
V1
V2
V3
V4
浮点加（6 拍）
浮点乘（7拍）
图3.44 通过链接技术实现指令重叠执行
◆ 三条向量指令全部用串行方法执行，则总 的执行时间为：
[（1+6+1） + N-1] + [（1+6+1） + N-1] +[（1+7+1） + N-1] = 3N + 22 拍
流水线技术向量处理机
1
(2) 垂直(纵向)处理方式 K＝B＋C
D＝K×A 相关：１次
功能切换：１次
3.5 向量处理机
对处理机结构的要求： 存储器-存储器型操作的运算流水线对存储器的带宽要求很高。 例如：STAR-100，CYBER-205
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机 虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
；将常数5.0送入标量寄存器S1 ；将常数1.0送入标量寄存器S2 ；在向量长度寄存器VL中设置向量长度N
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
V0←B V1←S1*V0
V2←S2+V1
A←V2
；从存储器中将向量B读入向量寄存器V0 ；向量B中的每个元素分别和常数S1
(3) 分组(纵横)处理方式 把向量分成长度为某个固定值的若干组，
组内按纵向方式处理，依次处理各组。 每组内： 相关：１次 功能切换：２次
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机 虚拟存储器的特点
对处理机结构的要求： 寄存器-寄存器型操作的运算流水线。 举例
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机 2. 向量处理机的速度评价方法
◆ 只有当前一条向量指令全部执行完毕，释放 相应的向量寄存器资源后才能执行后面的向 量指令。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
◆ 当一条向量指令的两个源操作数分别是两条 先行向量指令的结果寄存器时，要求先行的 两条向量指令产生运算结果的时间必须相等， 即要求有关向量功能部件的延迟时间相等。
◆ 只有所有可以链接执行的向量指令的向量长 度相等时，它们之间才能链接执行，否则它 们之间也不能链接执行。
另一种评定计算机速度的方法：比较法。 （选择一台速度指标得到公认的机器作为标准机，给定一些典型的基准程序。）
虚拟存储器的特点
3.5.2 提高向量处理机性能的主要技术
1. CRAY-I简介 ◆ 美国CRAY公司 ◆ 1976年 ◆ 每秒亿次浮点运算 ◆ 主频：80MHz 字长：64位
3.5 向量处理机
指令的处理。
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
Vi冲突：指的是并行工作的各向量指令的源向 量或结果向量的Vi有相同的。
向量功能部件冲突：指同一个向量功能部件被 一条以上的并行工作向 量指令所使用。
3. CRAY-1向量指令类型 ◆ Vk ← Vi op Vj ◆ Vk ← Si op Vj ◆ Vk ← 主存 ◆ 主存 ← Vi
2. CRAY-1的基本结构 ◆ 向量运算部件：６个 整数加，逻辑运算，移位 浮点加，浮点乘，求倒数
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
◆ 向量寄存器组：8×64 V0 ～ V7
◆ 每个 Vi
每个向量运算部件
◆ 向量长度寄存器VL
◆ 向量屏蔽寄存器VM
CRAY-1向量处理的显著特点：只要不出现Vi 冲突和向量功能部件冲突，各个Vi之间和各个向 量功能部件之间都能并行工作，大大加快了向量
虚拟存储器的特点
虚拟存储器的特点
3.5 向量处理机
例 3.7 对 上 述 向 量 运 算 D=A*(B+C) ， 若 向 量 长 度 N≤64 ， 向 量 元 素 为 浮 点 数 ， 则 在 B 、 C 取 到 V0、V1后，就可用以下三条向量指令求解：
（1） V3←存储器(访存，载入A) （2） V2←V0＋V1(浮点加) （3） V4←V2*V3(浮点乘，存D)
3.5 向量处理机
6. 向量循环或分段开采技术 如果向量的长度大于向量寄存器的长度，
该如何处理呢？
◆ 向量循环 ：长向量循环分段处理的程序结构 。 把长向量分成固定长度的段，然后循环分 段处理，一次循环只处理一个向量段。
◆ 这种分段向量处理技术也称为分段开采。 ◆ 将长向量循环分段处理是由系统硬件和软件控