计算机系统结构 向量处理机

向量处理机（有向量数据表示的处理机）

向量流水处理机（时间重叠）

• 向量的处理：横向（水平）处理

类似代码中用for循环处理一个数组，从头循环到结尾
比如向量D = A * (B + C)中，
d1 = a1 * (b1 + c1)
d2 = a2 * (b2 + c2)
......
dN = aN * (bN + cN)

按照上面方式依次计算，这就是横向处理

• 向量的流水处理：纵向处理、分组纵横处理
  • 向量的纵向处理

向量的纵向处理：
就是单纯的利用流水线处理，比如向量D = A * (B + C)，
向量的处理中计算，采用优先计算全部加法B+C，然后单独存储为向量V，然后再计算全部乘法A*V,这种就是按照向量流水的方式处理

先计算加法：
v1 = b1 + c1
v2 = b2 + c2
......
vN = bN + cN

然后计算乘法：
d1 = a1 * v1
d2 = a2 * v2
......
dN = aN * vN

这个计算方式就是纵向处理

• 分组纵横处理

分组纵横处理
该处理方式是为了解决如果向量过大，造成主存不够用的问题

假设向量D = A * (B + C)有一亿个向量分量，则此时会采取切割分组分别计算的方式。比如上面向量均等切割为100个为一组的分量的向量组合：
分组：
D1~D100
D101~D200
......
Dn-100~Dn

然后再进行依次计算：
v1 = b1 + c1
v2 = b2 + c2
......
v100 = b100 + c100

然后计算乘法：
d1 = a1 * v1
d2 = a2 * v2
......
d100 = a100 * v100
......
dN-100 = aN-100 * vN-100
......
dN = aN * vN

• CRAY-1
  • 向量流水处理机
  • 面向寄存器-寄存器结构
  • 可以通过并行、链接提高性能
  • 运算所需实际
    • 启动访存1拍、送入部件1拍、存入结果1拍
    • 访存6拍
    • 浮加6拍、浮乘7拍
  • 冲突（功能部件、源向量寄存器）

例如：
D = A * (B + C)
1. v3<-存储器
2. v2<-v0+v1
3. v4<-v2*v3

在CRAY-1中，上面的计算过程，1和2是互不相关的，可以之间并行，而3与1和2属于数据相关，这里可以直接把1和2的结果直接链接到3上面，比如1中从存储器取值不再存入v3中而是直接放入3步骤中，而第二部则是v0+v1的结果也不会存入v2中，而是直接链接到步骤三中。这两个过程等于省去了启动访存和送入部件的时间

阵列处理机（资源重复）

• 两种构型
  • 采用分布式存储器的阵列处理机的构型（SIMD（单指令流单数据流）、ILLIAC Ⅳ）
  • 采用集中式共享存储器的阵列处理机构型（BSP）
• 两种构型的差别
  • 存储器的组成方式不同
  • 互联网络（ICN）的作用不同

阵列处理机的特点

• 资源重复
• 同时性
• 增大处理单元数量
• 价格高
• 使用简单
• 专用于向量处理

ILLIAC Ⅳ阵列处理机

• PU：处理部件
• PE：算数处理单元
• PEM：局部存储器
• MLU：存储逻辑部件

题目

上面步骤是固定的，如果遇到是计算题或者简单题需要写这些步骤，可以直接放弃。如果遇到填空题询问需要计算多少次累加和？则可以得出log₂N，其中N就是题目中的8，多少个数，N就是多少