第六章 向量处理机

  执行的时序如图6.4所示。其中横轴代表时间,纵轴代表存储器模块和流水线部件的工作情况。假设运算流水线分为四段,那么输入数据进入流水线四个时钟周期之后才产生相应的输出值。数据充满之后,流水线就一直处于忙状态。

  图中相应格内用数字标出的段表示正在工作,该数字表示当前周期正在被处理的向量元素的下标。正在进行读操作的存储器模块用"R"表示,后跟一个字符和一个数字,例如符"RA0"表示正在从该模块读出向量A的下标为0的元素。"W"代表写操作,其后的数字代表写回的向量C的相应元素的下标。
  在此例中,我们特意将向量按上述方式存放在各个存储模块,目的是为了防止发生冲突。为了简化讨论,我们还忽略了模块内各元素的寻址问题,而着重讨论使用哪个模块。在时钟周期0启动读模块0和模块2中向量A、B的第一个元素,这两个元素在时钟周期2被传送到流水线的输入端,在时钟周期5结束时得到相应的输出。在时钟周期1启动模块1和模块3中向量A、B的第二个元素。在以后每个时钟周期,启动读存在有关模块中向量A、B的相应元素。在时钟周期5结束时,第一个输出值出现在流水线上。在时钟周期6,正在读模块5和模块6中向量A的a5和a6元素。在时钟周期7开始时模块5输出a5,在时钟周期8开始时模块6输出a6。在时钟周期6,正在读模块1和模块2中向量B的b5和b6元素。在时钟周期6,模块1,2,3处于空闲状态。在时钟周期6,元素c0写入模块4,在下一个时钟周期元素c1写入模块5。
  在图6.4所示的时序中,运算器和存储器的工作衔接得非常好,在整个操作进行过程中没有任何冲突发生。实际情况并非总和上述理想化的例子一样。
  如果向量的第一个元素不是存放在我们想存放的存储器模块,那么会发生什么情况呢?例如,当输入向量的位置如图6.3所示时,向量加结构决定向量C的第一个元素不能存放在模块0,5,6,7。假如向量C在程序的其它地方又作为向量D和E的和向量,而D和E在存储器中的存放位置很可能使得向量C的第一个元素不能存放在模块1,2,3,4,这样,我们就会发现C所受的限制太多,以至存储器中无位置可以存放C来实现无冲突的存储器操作。