Векторно-конвейерные вычислительные системы.

Векторно-конвейерные вычислительные системы относятся к классу SIMD-систем. Основные принципы, заложенные в архитектуру векторно-конвейерных систем:

· конвейерная организация обработки потока команд;

· введение в систему команд набора векторных операций, которые позволяют оперировать с целыми массивами данных.

Длина обрабатываемых векторов в современных векторно-конвейерных системах составляет, как правило, 128 или 256 элементов. Основное назначение векторных операций состоит в распараллеливании выполнения операторов цикла, в которых обычно сосредоточена большая часть вычислительной работы.

Первый векторно-конвейерный компьютер Cray-1 появился в 1976 году. Архитектура этого компьютера оказалась настолько удачной, что он положил начало целому семейству компьютеров.

Современные векторно-конвейерные системы имеют иерархическую структуру:

· на нижнем уровне иерархии расположены конвейеры операций (например, конвейер (pipeline) сложения вещественных чисел, конвейер умножения таких же чисел и т.п.);

· некоторая совокупность конвейеров операций объединяется в конвейерное функциональное устройство;

· векторно-конвейерный процессор содержит ряд конвейерных функциональных устройств;

· несколько векторно-конвейерных процессоров (2-16), объединенных общей памятью, образуют вычислительный узел;

· несколько таких узлов объединяются с помощью коммутаторов, образуя либо NUMA-систему либо MPP-систему.

Типичными представителями такой архитектуры являются компьютеры CRAY J90/T90, CRAY SV1, NEC SX-4/SX-5. Уровень развития микроэлектронных технологий не позволяет в настоящее время производить однокристальные векторно-конвейерные процессоры, поэтому эти системы довольно громоздки и чрезвычайно дороги.

Каждая часть конвейера операций называется ступенью конвейера операций, а общее число ступеней - длиной конвейера операций.

Пример 1

Рассмотрим следующий 4-х ступенчатый конвейер операций сложения вещественных чисел

Таблица 1

Номер ступени	Наименование
	Вычитание порядков
	Сдвиг одной из мантисс
	Сложение мантисс
	Нормализация

 

Положим, что выполняется сложение двух -векторов вещественных чисел . Диаграмма сложения этих векторов приведена на рис. 1

Рис. 1. К примеру 1. Временная диаграмма сложения ( n *1)-векторов вещественных чисел X,Y на 4-х ступенчатом конвейере операции сложения.

В векторно-конвейерных системах в рамках одного конвейерного функционального устройства широко используется (т.е. аппаратно поддерживается) зацепление конвейеров операций. Покажем суть этой процедуры на примере.