Арифметические конвейеры

Векторно-конвейерная ЭВМ CRAY относится к классу ОКМД ЭВМ.

Но ее отличием от других ЭВМ этого класса является наличие развитой систе-

мы арифметических конвейеров, которые и обеспечивают ее быстродействие.

На рисунке представлен принцип постороения системы с арифметическим

конвейером. Обычно в конвейере команд самым медленным звеном («узким»

местом трубопровода) является этап исполнения арифметических операций

EXE. Существуют способы разбить этот этап на несколько более мелких арифметических этапов, снабдив каждый из них аппаратурой. Это и будет ариф-метический конвейер в составе конвейера команд. Теперь скорость всего конвейера определяется тактом арифметического конвейера Δак.

- полное время выполнения команды

- время такта конвейера команд

- время такта арифметического конвейера

Ниже приведены некоторые способы построения арифметических конвейеров. На рисунке 1 представлена схема конвейера для сложения потока чисел с плавающей запятой, а на рисунке 2 – для умножения чисел. Такие конвейеры можно построить практически для всех команд.

Дешифратор частных произведений

Впервые арифметические конвейеры были использованы для целей обра-

ботки числовых векторов в ЭВМ STAR-100, запущенной в США в 1973 г., а за-

тем на этом принципе была построена знаменитая ЭВМ CRAY-1, которая стала

родоначальником множества векторно-конвейерных ЭВМ различных компаний

и разного быстродействия. Однако, принцип работы всех этих машин вклады-

вается в организацию CRAY-1, как “скрипка в футляр”.

ОКМД ЭВМ CRAY обладает рядом особенностей:

• Класс – ОКМД, система с общей памятью. Все АЛУ – конвейерные.

• Большой объем векторных регистров (сотни в новых машинах) снижает

нагрузку на общую память.

• Выполнение команд в скалярном процессоре управляется потоком дан-

ных.

• Со временем эта архитектура была реализована в виде одного микропро

цессора в состве многопроцессорной ЭВМ.Такие ЭВМ занимают по бы-

стродействию первые места в списке TOP 500.

ЭВМ CRAY состоит из скалярного и векторного процессоров (на рисунке). Скалярный процессор выбирает из памяти и выполняет скалярные и векторные команды, но скалярные – целиком, а арифметическую часть векторных команд передает в векторный процессор.

Скалярный процессор. Ускорение векторных вычислений согласно закону Амдала очень чуствительно к времени выполнения скалярных операций. Это время можно уменьшить двояко:

• Уменьшить количество скалярных операций, что не всегда возможно

• Увеличить быстродействие скалярного процессора. Именно это и сделано в CRAY.

Вопросы для самоконтроля.

1. Охарактеризуйте классификацию Флинна крупнозернистого параллелизма.

2. Арифметические конвейеры и их особенности

Дата добавления: 2015-07-08