2007年度考试计算机系统结构第6章精讲

　　第六章 向量流水处理

　　本章的内容不多，我们已经学过标量流水处理，则对流水处理有了一定的了解，向量流水就是在标量流水机基础上发展起来的。在弄清向量和标量的区别之后，理解向量流水与标量流水的处理的区别就不难了。

　　一、向量流水机的基本系统结构

　　1.向量流水的主要特点：（识记）

　　我们知道，一个向量中各个元素是互不相关的，对当前每个向量的操作结果不影响到其他向量元素。比如有一个数组，我们要使数组中的每一个元素Ai都乘以一个数b，那么给A1进行相乘的结果不影响A2的结果，各自独立，这就允许向量流水流水线有较深的深度。

　　一条向量指令相当于一个标量循环，所以可以减少指令，从而可以降低对指令访问带宽的要求。并且消除了由循环引起的控制相关。

　　若向量指令所要访问的向量元素均相邻，则可以在交叉存储体中高速地依次访问它们。这使得访存时间缩短。

　　向量操作要比一串标量指令操作更快。

　　2.向量机的系统结构按向量操作对象及结果主要存放在寄存器中还是存放在存储器中，可分为存储器-存储器工作方式向量机和寄存器-寄存器工作方式向量机两大类。现在的向量机大多采用寄存器-寄存器工作方式，如中国的YH向量机等。

　　向量机的基本系统结构图，要理解。它主要由一个标量流水部件和一个向量流水部件组成，包含了向量功能部件、向量存取部件、向量寄存器或向量缓冲部件、村量寄存器、村量处理部件及向量控制器等部件。也就是说，向量机"兼容"标量处理功能。

　　3.向量启动时间和启动率（简单应用）

　　前一章我们学的流水是指多条指令进行流水操作。而向量中一条向量指令就相当于一个标量循环。基本的向量流水操作就是在对一条指令进行流水操作，也就是用流水的方法对向量元素进行操作。当一条向量指令开始执行时，就开启了一条向量流水线，从开始启动到流水运行结束的时间就是向量指令的执行时间。

　　Tvp=Tat+n×Ir 其中的Tat是流水线的启动时间，Ir为启动率。

　　二、向量操作长度控制和向量访问步长（识记）

　　向量操作有两种工作方式，一是存储器-存储器工作方式，另一种是寄存器-寄存器工作方式。而后一种机型的向量机中，因为寄存器的长度有一定限制。比如这个向量寄存器可以存放64个元素，但在计算时，一个向量的长度往往不会恰好是64个元素。所以在执行过程中，如果向量的长度大于寄存器的长度时，要把待计算的向量分成几段来计算，每次调入一段，放到寄存器中进行流水操作，完了以后再取一段。这就是分段技术。

　　另外，当向量机支持向量的跨步访问，也就是可以将存储器中间隔存放的元素取出来放到寄存器中进行流水操作，则这种向量机为支持完全的一维数据显式访问。因为它可以将不在相邻位置上的元素连续地存放到寄存器中，从而可以以行、列、甚至对角线访问向量元素。而存储器-存储器工作方式只能连续访问相邻的向量元素。

　　通常向量机大都采用低地址位的多体交叉存储器。对于多体交叉存储器的理解将在后面的章节中给出。这里简单地说，低地址位多体交就是可使相邻地址的元素可以在相邻的存储器体中读取。

　　三、向量存储方法（领会）

　　向量机对向量的各种运算可以采用不同的加式方式，一种是横向加工，一种是纵向（垂直）加工，还有就是纵横向加工（分组加工），这是分段技术在向量加工方式上的实现。如CRAY-1以及小巨型机基本都采用分组加工的方式。

　　四、增强向量处理性能的方法

　　这一节是比较重要的，主要讲了四种增强向量处理性能的方法。其中两种方法已在所有向量机中采用：一是采用多功能部件，并行工作；二是加快一串相关向量指令的操作速度，即链接技术。应该掌握。

　　1、多功能部件的并行操作

　　在向量机中，为了加快向量操作，采用多个独立的功能部件，并使它们并行工作。这些部件都是独立的，只要符合一定条件，它们就可以并行工作：（1）不存在向量寄存器使用冲突；（2）不存在功能部件使用冲突。

　　向量寄存器使用冲突就是指多条并行工作的向量指令中的源向量或结果向量使用相同的向量寄存器。

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