系统结构第5章
25页1、1,第五章 向量流水处理,2,第一节 向量流水处理,提高标量流水线性能方法: 增加流水线段数,以减少t; 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。,向量操作特点: 向量元素间操作相互独立,无数据相关; 向量元素间操作相同,无功能变换; 相当于标量循环,对指令访问带宽的要求不高。 向量操作很适合于流水处理或并行处理。,3,一、向量处理方式 以向量操作D=A(B+C)为例。,1、横向处理方式 循环处理di=ai(bi+ci)。 特点:产生N次相关、2N次功能变换;不宜用于向量处理。,2、纵向处理方式 循环处理ei=bi+ci,再循环处理di=aiei。 特点:产生1次相关、1次功能变换,适合用于向量处理。,思考:针对不同的N,硬件可采用哪些结构实现?,纵向处理方式只适合于MEM-MEM型结构的处理方式。,4,3、纵横处理方式 对向量分组(n个元素),组内纵向处理、组间横向处理。 特点:产生N/n次相关、N/n次功能变换; 很适合于REG-REG型结构的处理方式。,思考:如何确定向量寄存器中元素个数n?,5,二、向量指令,1、 R-R型的向量指令类型 向量-
2、向量类:ViVjVk或VjVk,向量-标量类:SiVjVk ViVjSk或VjSk(向量规约),向量-MEM类: MVk或ViM; MVlVA或VlVAM(压缩与还原),回下页,6,2、 M-M型的向量指令类型 向量-向量类:M1(1:n)M2(1:n)M(1:n) 或M1(1:n)M(1:n) 向量-标量类:SiM1(1:n)M(1:n) M1(1:n)M2(1:n)Sk,3、 向量指令操作特点 向量指令是各分量之间的流水操作; 标量指令是各指令之间的流水操作; SIMD指令是各指令内部的操作并行。,转上页,7,三、向量访问模式与处理带宽问题,1、向量访问模式 向量一般按行、或按列存储。 向量访问各分量时步长可变,一般有按行、按列、或按对角线等方式访问。,2、向量存取指令与处理带宽 向量存取指令按访问模式存取相关分量从/到向量寄存器或向量缓冲器的相邻分量中; 要求存储器带宽较大,必须解决多个分量流水访问的冲突问题(如多个相邻分量在同一存储体内)。,8,第二节 向量处理机结构,一、M-M向量处理机结构,1、 向量处理机结构,M-M结构对存储系统带宽要求较高: 若向量处理部件流水间隔为t
3、,存储系统带宽应达到3/t; 若读/写操作为2t,则存储系统带宽应达到6/t。,9,2、 存储系统设计 (1)提高存储系统带宽,存储器与三条总线连接, 同时只能被一条总线访问。,(2)提高向量存取性能 向量存取采用流水方式(左图),不同向量并行存取(右图)。,回下页,10,(3)解决向量访问冲突 向量采用错位方式存储,解决按行、列、对角线访问时流水操作的存储体冲突;,增加可变延迟器,可解决访问的操作冲突。,转上页,11,二、R-R向量处理机结构,1、 向量处理机结构,指令处理部件:标量指令直接控制,向量指令传递控制; 向量寄存器:V; 向量存取部件:设置多级缓冲器,缓冲主存与向量寄存器速度差,M-M型向量处理机简单得多(只需缓冲几个分量)。,12,2、 存储系统设计 (1)提高存储系统带宽 对MEM的带宽需求相对M-M型向量处理机要低得多; 一般采用单总线即可。,(2)提高向量存取性能 向量存储从无序到错位存储,提高向量存取性能; 设置指令、数据缓冲器,减少存取频率; (见下页图) 设置地址缓冲器,实现成组交换,提高存取性能。,(3)解决向量访问冲突 向量采用错位存储,从空间上解决访问
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