Процессоры для параллельных компьютеров

Векторные процессоры

Главной особенностью векторных процессоров является то, что они могут обрабатывать не одно значение, а сразу массив (вектор) значений. Т.е. за один цикл своей работы такой процессор, например, может попарно сложить элементы двух массивов одинаковой длины и размерности и присвоить это значение соответствующим элементам конечного массива. Такое возможно, т.к. каждый операнд хранится не в обычном, а в векторном регистре. В то время как векторный процессор выполняет одну команду, последовательный процессор будет выполнять несколько операций сложения элементов массивов.

За счет подобной реализации должна увеличиться производительность. Должна она увеличится и из-за того, что уменьшается поток команд, а значит в процессор будет поступать больше данных. Но весь прирост можно легко потерять. Это связано с тем, как передаются команды и операнды в процессор. Реализовать передачу можно двумя способами:

Из памяти в память;

Из регистра в регистр.

В первом способе данные из оперативной памяти загружаются в АЛУ, результат возвращается в оперативную память. При реализации второго способа, используют векторные регистры. Операнды загружаются в эти самые регистры, затем в АЛУ, результат также попадает в векторный регистр. Работа «из памяти в память» позволяет обрабатывать векторы произвольной длины (очень важно, чтобы скорость работы процессора была строго согласована со скоростью работы оперативной памяти). Но, существует время задержки между инициализацией команды и появлением первого результата (в компьютере CYBER 200 время запуска составляло 100 тактов, при этом терялась половина производительности). Применение такой схемы оправдано, если не нужно постоянно перезагружать конвейер.

Системы, работающие по схеме «из регистра в регистр» имеют намного меньшее время загрузки. Это позволяет получить хорошие показатели по быстродействию. Но в такой схеме существует ограничение на длину вектора. Если вектор длинный, то его приходится разбивать на части меньшей длины. Такая разбивка сказывается на быстродействии. Тем не менее, именно такая схема сейчас наиболее востребована. Наиболее известными представителями в этой области являются фирмы CRAY, NEC, Fujitsu, Hitachi.

Обычно выделяют несколько уровней параллелизма:

Параллелизм заданий;

Параллелизм на уровне программы;

Параллелизм команд;

Параллелизм на уровне машинных слов и арифметических операций.

Для первого уровня характерно то, что у каждого процессора имеется свое, независимое от других процессоров, задание.

На втором уровне распределяются уже не задания, а модули программы. Каждая часть программы может выполняться на отдельном процессоре.

Параллелизм команд реализуется на низком уровне (например, организация конвейера).

До последнего уровня доходят не так часто. Например, сложение двух операндов выполняется одновременным сложением всех их двоичных разрядов.

Первый и второй уровень сейчас реализован даже на обычных ЭВМ. Только для третьего и четвертого уровня необходимы новые элементы и особая архитектура процессоров, которые были описаны выше.

Дата добавления: 2014-12-07