计算机系统结构 (第21讲) 主讲人：郑纬民教授 清华大学计算机系
计算机系统结构 （第21讲） 主讲人： 郑纬民 教授 清华大学计算机系
第六章向量处理机 6.1向量数据表示方式 6.2向量处理机的结构 6.3向量处理方式 6.4向量处理机的关键技术 6.5向量处理机实例 6.6向量处理机的性能评价 6.7向量处理机的发展
第六章 向量处理机 6.1 向量数据表示方式 6.2 向量处理机的结构 6.3 向量处理方式 6.4 向量处理机的关键技术 6.5 向量处理机实例 6.6 向量处理机的性能评价 6.7 向量处理机的发展
6.2向量处理机结构 向量处理机的最关键问题是存储器系统 能够满足运算部件带宽的要求。 主要采用两种方法： 1.存储器一存储器结构 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 2.寄存器一寄存器结构 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
6.2 向量处理机结构 向量处理机的最关键问题是存储器系统 能够满足运算部件带宽的要求。 主要采用两种方法： 1. 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 2. 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
6.2.1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
6.2.1 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
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。 STAR-100的主存储器流量： 32×8W/1.28us=200MW/S CRAY-1的主存储器流量： 4W/50ns=80MW/S
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。 STAR-100的主存储器流量： 32×8W/1.28us=200MW/S CRAY-1的主存储器流量： 4W/50ns=80MW/S
8个向量寄存器 8×64×64 主存 储器 缓冲寄存器 标量寄存器 64×64 8×64 8MB 缓冲寄存器 地址寄存器 64×24 8×24 指令缓冲寄存器 256×16 CRAY-1向量处理机结构
8个向量寄存器 8×64×64 主存 储器 8MB 64个 个体 12个 流水 线结 构的 运算 部件 缓冲寄存器 64×64 标量寄存器 8×64 缓冲寄存器 64×24 地址寄存器 8×24 指令缓冲寄存器 256×16 CRAY-1向量处理机结构
第六章向量处理机 6.1向量数据表示方式 6.2向量处理机的结构 6.3向量处理方式 6.4向量处理机的关键技术 6.5向量处理机实例 6.6向量处理机的性能评价 6.7向量处理机的发展
第六章 向量处理机 6.1 向量数据表示方式 6.2 向量处理机的结构 6.3 向量处理方式 6.4 向量处理机的关键技术 6.5 向量处理机实例 6.6 向量处理机的性能评价 6.7 向量处理机的发展
6.3向量处理方式 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。 有三种处理方式： 1.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。 2.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。 3.纵横处理方式，又称为分组处理方
6.3 向量处理方式 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。 有三种处理方式： 1．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。 2．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。 3．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。 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[]=a[]×(b[]+c[])月
式，纵横向加工方式等。横向处理和 纵向处理相结合的方式。 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] );
6.3.1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 计算第1个分量： T1)=B(1)+C(1) Y(1)=A(1)×T(1) 计算第2个分量： T(2)=B2)+C(2) Y(2)=A(2)XT(2) 计算最后一个分量：TN)=BN)十CN) YN)=AN)×TN)
6.3.1 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)