第四章：向量处理机#

向量处理机概念

向量处理机+流水线=向量处理机

向量处理机的两种方式（横向水平和纵向垂直两种方式）；

• 二者的特点差别（数据相关、功能切换、适用场景）

提高向量处理的性能方法

• 连接技术：加快向量指令的执行；
  • 两条向量指令占用功能流水线…寄存器的4种情况
    • 指令相关、功能部件冲突、源寄存器冲突、结果寄存器冲突
  • 在Cray-1是用连接技术进行…，如何分析是…情况的执行时间

向量的处理方式#

以计算表达式 D=A×（B－C）为例 A、B、C、D ── 长度为 N 的向量

横向水平#

数据相关和功能切换随着向量长度增长而增长，硬件开销过大，不适合于向量处理机的并行处理

纵向垂直#

缺点：若纵向处理向量太长，向量寄存器个数较少无法处理

向量处理机典型结构#

• 存储器-存储器型结构

  多个独立的存储器模块并行工作

  纵向处理方式采用

• 寄存器-寄存器型结构

  运算通过向量寄存器进行

  分组处理方式采用

采用链接技术提高向量处理机性能#

采用链接技术，加快一串向量指令的执行；

• 两条向量指令占用功能流水线和向量寄存器的4种情况
• 指令不相关

例如： V0←V1＋V2 V6←V4 * V5

这两条指令分别使用各自所需的流水线和向量寄存器，可以并行执行。

• 功能部件冲突

例如： V3←V1＋V2 V6←V4＋V5

这两条指令都要使用加法流水线，发生了功能部件冲突（但向量寄存器不冲突）。当第一条指令流出时，占用加法流水线。第二条指令要等加法流水线变成空闲后，才能流出。

• 源寄存器冲突

例如： V3←V1＋V2 V6←V1 * V4

这两条向量指令的源向量之一都取自V1。由于两者的首元素下标可能不同，向量长度也可能不同，所以难以由V1同时提供两条指令所需要的源向量。

这两条向量指令不能同时执行。只有等第一条向量指令执行完、释放V1之后，第二条向量指令才能开始执行

• 结果寄存器冲突

例如： V4←V1＋V2 V4←V3 * V5

这两条指令都要访问目的寄存器V4。由于第一条指令在先，所以它先占用V4直到运算完成，然后再流出后一条指令

当前一条指令的结果寄存器是后一条指令的源寄存器、且不存在任何其他冲突时，就可以用链接技术来提高性能

例如： V3←V1＋V2 V6←V3 * V4

向量流水线链接：具有先写后读相关的两条指令，在不出现功能部件冲突和源向量冲突的情况下，可以把功能部件链接起来进行流水处理，以达到加快执行的目的。

CRAY-1上用链接技术进行向量运算

链接特性的实质：把流水线定向的思想引入到向量执行过程的结果。