系统结构考点之CRAY-1向量处理机

如题：2019年4月

分析

依然想不起什么。系统结构考点之PM2I单级网络已经复习过了第6章内容向量处理机中的阵列处理机以后部分，但不记得有这个cray-1?这里只记录一下没有涉及到的部分。

基本知识

与标量处理机的区别

向量处理机更擅长处理向量数据，而不是说不能处理标量。

向量的处理方式

横向处理：也就是从数组中取a_ib_i…参与运算，再取a_i+1b_i+1…参与运算.这种方式不是向量流水的处理方式。

横向处理就是每次处理完一个向量分量。并不适合并行操作。如本题中D=AX(B+C),每次处理完D_i=A_i X (B_i+C_i)这就是向量分量。

向量的流水处理方式

纵向处理和分组纵横处理方式。

纵向处理是每次处理完向量的一个子操作。如E=B+C;D=AXE

分组纵横处理是组内纵向，组间横向

cray-1有什么特点

cray-1就是采用分组纵横处理方式。在P190介绍了它的结构。没必要细读，现在硬件也更新很快，像跑linux的A核，不知更新多少代了，只要记住它进行向量运算的拍数即可。

整数加 3拍

逻辑运算 2拍

移位 4拍

浮点加 6拍 *

浮点乘 7拍 *

启动访存、元素送入功能部件、结果存入，都需要1拍 *

浮点迭代求倒数 14拍

访存 6拍 （这个书上倒是没提，但根据结构可以推出来的） *

典型的浮点向量处理机。最多能并行处理6条向量指令。

解题 这题其实是书P207页的例子

书中的通过这个例子讲解了链接技术。

第一问：串行执行时的时间

如果忽略了向量的处理方式，很容易就会只计算三步串行的时间。要考虑向量的处理串行方式，指的就是横向处理方式，一次处理一个向量分量。

D_0=A_0 X (B_0+C_0)

D_1=A_1 X (B_1+C_1)

直到

D_n=A_n X (B_n+C_n)

然后，再计算三步的串行；根据题目来就行，不用按照逻辑顺序，先算括号里的加，其实都是一样的。

第一步：启动访存 1拍 -> 访存 取A 6拍 -> A送入V3 1拍；因为D是个向量有n个元素，所以流水线处理方式所花费时间，启动访存时间+（n-1）t,所以8+n-1=7+n

第二步：V_0 + V_1 -> V_2;还用不用再取V1(B)、V2©呢？可以认为在第一步时已经取出来了。题目考点是考察向量的处理方式，这些细节也不用过于纠结。

选把B、C送入加法器 1拍 -> 算加法（由于cray-1是浮点型向量处理机，所以这里的加法指的是浮点加） 6拍 -> 结果送入V2 1拍 ;n个数据，那还是8+n-1=7+n

第三步：送乘 1拍 -> 乘法 7拍 -> 结果送V4 1拍 ；结果为9+n-1=8+n

最后的串行总时间结果为：22+3n.

串行，需要频繁切换流水线，效率不高

第二问 1，2并行，再执行3

第一步就是访存取A,第二步是算B+C,没什么关系，所以是可以并行的；也就是将1，2步所花时间合为一步，但这里要注意，合为一步后，并行执行后，流水线也只需要加一次n-1;结果为7+n

第三步，不能并行了，只有执行完取A,加法后，再算乘，这里单列。结果为8+n

最后的结果为15+2n.

第三问，取采链接技术，1、2并行与3链接

所谓的链接技术是将两条不相关的流水线链在一起的技术。链在一起的话就不需要再重复加n-1了。

前两步只需要8；第三步需要8+n,总共需要16+n

总结

第一问的，就是考察的横向处理。第二问就是纵向处理。同时也对链接有所涉及，关键还要理解计算机的思想。