计算机组成原理与系统结构 马礼 第10章 向量处理机

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1、第10章向量处理机本章主要内容本章将讲述向量处理机。介绍向量处理机的概念、向量处理方式以及向量指令等。简要介绍向量处理机的构成与向量处理机实例，最后讲述向量处理机的性能分析。学习时重点掌握向量处理机的概念与处理方式。10.1向量处理机的基本概念10.2向量处理机的结构10.3向量处理机实例10.4向量协处理机10.5向量处理机的性能分析10.1向量处理机的基本概念10.1.1向量的概念1．标量与向量运算从数学的角度讲，向量是指既有大小又有方向的量A=[a1，a2，a3，a4]，B=2．向量处理方式（1）水平（横向）处理方式（2）纵向处理方式（3）分组（纵横）处理方式10.1.2向

2、量运算指令1．寄存器—寄存器指令（1）向量-向量类指令（V-V）（2）向量-标量类指令（V-S）图10-2V-S类指令的执行示意图（3）向量-存储器类指令（V-M）（4）向量规约类指令（5）收集发散指令（6）屏蔽指令2．存储器—存储器指令M1(1：n)∆M2(1：n)→M(1：n)S1∆M1(1：n)→M2(1：n)∆M1(1：n)→M2(1：n)M1(1：n)∆M2(1：n)→M(k)10.2向量处理机的结构图10-5向量处理机的结构10.2.1存储器—存储器结构存储器—存储器结构是指主存储器由多个存储模块组成，采用硬件倍乘的方法来支持对相互独立的数据进行并发访问，以达到存储器

3、要求的带宽。图10-6由8个3端口存储模块组成存储器系统的向量处理机10.2.2寄存器—寄存器结构图10-9Cray-1的系统结构10.3向量处理机实例10.3.1银河YH-1向量处理机图10-10YH-1系统结构图10-11YH-1中央处理器的构成10.3.2Cray系列机Cray公司是世界上最著名的巨型计算机生产厂商，早在1975就推出了Cray-1。之后推出的新机型全都采用多处理机方案。陆续出现的机型有Cray2S/2-256，CrayX-MP416，CrayY-MP832以及CrayY-MPC-90等。10.3.3FujitsuVP2000/VPP500系列向量处理机富士

4、通公司生产的VP2000向量处理机系列共有10种机型，每个系统都可以最多配置双CPU。系统采用寄存器-寄存器结构，主存储器通过两条装入/存储流水线与向量存储器部件进行数据交换。VPP500是富士通公司在1993年推出的向量并行处理机。它在一个主机中可以根据需要组织7个到222个处理单元。10.4向量协处理机10.4.1向量协处理器的地位图10-13带向量协处理器的计算机系统结构10.4.2向量协处理器实例1．FPS-164处理器图10-14FPS-164向量协处理器系统结构图10-15FPS-164向量处理器的结构2．NM6403协处理器在图像处理领域，大量的运算需要较高的数据处

5、理速度，因此在微型机中也出现了向量协处理器，协助主机进行数值处理。NM6403就是其中的典型。NM6403是一个采用了超长指令字（VeryLongInstructionWord，VLIW）和SIMD结构的高性能微处理器。内部包含两个核心处理器，一个是32位的RISC处理机内核，另一个是64位的向量处理器内核，后者可以提供从1位到64位变长数据的向量运算。NM6403可以和TMS320C4X直接相连，组成多处理机系统。系统的工作频率为50MHz，功耗1.6W。10.5向量处理机的性能分析1．向量指令的处理时间TvpTvp=Ts+Tvf+(n−1)Tc图10-16向量指令执行时间2．

6、向量流水线的最大吞吐率R∞R∞=R∞=3．改进向量处理机性能的方法（1）链接技术与并行操作（2）向量循环或分段开采技术在线教务辅导网：http://www.shangfuwang.com更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网