С. Н. Ан
 Скачать 217.92 Kb.
|
|
2.2 Суперскалярные процессоры Суперскалярный процессор представляет собой нечто большее, чем обычный последовательный (скалярный) процессор. В отличие от последнего, он может выполнять несколько операций за один такт. Основными компонентами суперскалярного процессора являются устройства для интерпретации команд, снабженные логикой, позволяющей определить, являются ли команды независимыми, и достаточное число исполняющих устройств. В исполняющих устройствах могут быть конвейеры. Суперскалярные процессоры реализуют параллелизм на уровне команд. Примером компьютера с суперскалярным процессором является IBM RISC/6000. Тактовая частота процессора у ЭВМ была 62.5 МГц, а быстродействие системы на вычислительных тестах достигало 104 Mflop (Mflop - единица измерения быстродействия процессора - миллион операций с плавающей точкой в секунду). Суперскалярный процессор не требует специальных векторизующих компиляторов, хотя компилятор должен в этом случае учитывать особенности архитектуры. 2.3 Векторная обработка данных Векторный процессор "умеет" обрабатывать одной командой не одно единственное значение, а сразу массив (вектор) значений. Пусть A1, A2 и P - это три массива, имеющие одинаковую размерность и одинаковую длину, и имеется оператор P=A1+A2 Векторный процессор за один цикл выполнения команды выполнит попарное сложение элементов массивов A1 и A2 и присвоит полученные значения соответствующим элементам массива P. Каждый операнд при этом хранится в особом, векторном регистре. Обычному, последовательному процессору пришлось бы несколько раз выполнять операцию сложения элементов двух массивов. Векторный процессор выполняет лишь одну команду! Разумеется, реализация такой команды будет более сложной, более подробное обсуждение этой проблемы содержится в третьей главе настоящего учебника. Очевидно, за счет векторизации можно надеяться (мы не случайно делаем здесь эту оговорку) получить высокую производительность. Кроме того, векторным ЭВМ присущи и другие интересные особенности. Количество команд, необходимых для выполнения одной и той же программы, использующей векторизуемые операции, меньше в случае векторного процессора, чем обычного, скалярного. Уменьшение потока команд позволяет снизить требования к устройствам коммуникации, в том числе между процессором и оперативной памятью компьютера. Другой момент заключается в том, что при соответствующей организации оперативной памяти данные в процессор будут передаваться на каждом такте, что дает значительный выигрыш в производительности компьютера. Следует заметить, что именно векторные ЭВМ были первыми высокопроизводительными компьютерами (мы упоминали уже векторный компьютер С.Крэя) и традиционно именно ЭВМ с векторной архитектурой называются суперкомпьютерами. Векторные компьютеры различаются тем, как операнды передаются командам процессора. Здесь можно выделить следующие основные схемы: � из памяти в память - в этом случае операнды извлекаются из оперативной памяти, загружаются в арифметическое устройство и результат возвращается в оперативную память; � из регистра в регистр - операнды вначале загружаются в векторные регистры, затем операнд передается в арифметическое устройство и результат возвращается в один из векторных регистров. Преимущество первой схемы заключается в том, что она дает возможность работать с векторами произвольной длины, тогда как во втором случае требуется разбиение длинных векторов на части, длина которых соответствует возможностям векторного регистра. С другой стороны, в первом случае имеется определенное время запускамежду инициализацией команды и появлением в конвейере первого результата. Если конвейер уже загружен, результат на его выходе будет получаться в каждом такте. Примером ЭВМ с такой архитектурой являются компьютеры серии CYBER 200, время запуска у которых составляло до 100 тактов. Это очень большая величина, даже при работе с векторами длиной 100 элементов, вышеупомянутые компьютеры достигали лишь половины от своей максимально возможной производительности, и это их в конце концов и погубило. В векторных компьютерах, работающих по схеме регистр-регистр, длина вектора гораздо меньше. Для компьютеров серии Cray это 64. Но существенно меньшее время запуска позволяет добиться хороших показателей по быстродействию. Правда, если работать с длинными векторами, их приходится разбивать на части меньшей длины, что снижает быстродействие. Векторные компьютеры, работающие по схеме из регистра в регистр, в настоящее время доминируют на рынке векторных компьютеров и наиболее известными представителями являются машины семейства Cray, NEC, Fujitsu и Hitachi. |