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  • 向量处理

    千次阅读 2015-04-12 11:02:36
    向量处理机是有向量数据表示的处理机, 分向量流水处理机和阵列处理机两类。 向量流水处理机是以时间重叠途径开发的, 阵列处理机是以资源重复途径开发的。  向量横向处理是向量的处理方式,但不是向量的流水...

    向量处理机是有向量数据表示的处理机, 分向量流水处理机和阵列处理机两类。 


    向量流水处理机是以时间重叠途径开发的, 阵列处理机是以资源重复途径开发的。



     向量横向处理是向量的处理方式,但不是向量的流水处理方式;  而向量纵向处理和 分组纵横处理既是向量的处理方式, 也是向量的流水处理方式.


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  • 特征向量归一化处理 向量处理 (Vector processing) The need to increase computational power is a never-ending requirement. In scientific and research areas, the computational involved are quite extensive...

    特征向量归一化处理

    向量处理 (Vector processing)

    The need to increase computational power is a never-ending requirement. In scientific and research areas, the computational involved are quite extensive and hence high power computers are the must.

    增加计算能力的需求是永无止境的要求。 在科学研究领域,所涉及的计算相当广泛,因此必须配备大功率计算机。

    The areas like structural engineering, petroleum exploration, aerodynamics, hydrodynamics, nuclear research, tomography, VLSI design, AI can have data in the form of matrices which suits vector processors to process it at a high speed.

    结构工程,石油勘探,空气动力学,流体力学,核研究,层析成像,VLSI设计,人工智能等领域可以采用矩阵形式的数据,适合矢量处理器对其进行高速处理。

    Some examples of its are:

    其示例包括:

    1. In radar and signal processing for detection of space / underwater targets.

      在雷达和信号处理中,用于探测太空/水下目标。

    2. In remote sensing for earth resources exploration.

      在遥感中进行地球资源的勘探。

    3. In computational wind tunnel experiments.

      在计算风洞实验中。

    4. In 3D stop-action computer assisted tomography.

      在3D停止动作计算机辅助层析成像中。

    5. Weather forecasting.

      天气预报。

    6. Medical diagnosis.

      医学诊断。

    向量处理的特征 (Characteristics of Vector processing)

    1. A vector is an ordered set of elements. A vector operand contains an ordered set of n elements, where n is called the length of the vector. Each element in a vector is a scalar quantity, which may be floating point number, an integer, a logical value, or a character (byte).

      向量是元素的有序集合。 向量操作数包含n个元素的有序集合,其中n称为向量的长度。 向量中的每个元素都是标量,可以是浮点数,整数,逻辑值或字符(字节)。

    2. In vector processing, two successive pairs of elements are processed each clock period. In dual vector pipes and dual sets of vector functional units allow two pairs of elements to be processed during the same clock period. As each pair of operations is completed, the results are delivered to the appropriate elements of the result register. The operation continues until the number of elements processed is equal to the count specified by the vector length register.

      向量处理中 ,每个时钟周期处理两对连续的元素。 在双矢量管道和矢量功能单元的双重集合中,可以在同一时钟周期内处理两对元素。 完成每对操作后,结果将传递到结果寄存器的相应元素。 继续操作,直到处理的元素数等于向量长度寄存器指定的计数为止。

      For example: C (1:50) = A (1:50) + B (1:50)

      例如:C(1:50)= A(1:50)+ B(1:50)

      This vector instruction includes the initial addresses of the two source operands, one destination operand, the length of the vectors and the operation to be performed.

      此向量指令包括两个源操作数的初始地址,一个目标操作数,向量的长度和要执行的操作。

    3. Vector instructions are classified into for basic types:

      向量指令分为以下基本类型:

    4.        F1: V = V	f2: V = S
             F3: V * V = V 	f4: V*S = V
      
      Where V indicates vector operand and S indicates scalar operand. The operations f1 and f2 are unary operations such as vector square root, vector sine, vector complement, vector summation and so on. On the other hand, operations f3 and f4 are binary operations such as vector add, vector multiply, vector scalar adds and so on.
      
    5. In vector processing, identical processes are repeatedly invoked many times, each of which can be subdivided into subprocesses.

      向量处理中 ,相同的过程会重复调用多次,每个过程都可以细分为子过程。

    6. In vector processing, successive operands are fed through the pipeline segments and require as few buffers and local controls as possible. This parallel vector processing allows the generation of more than two results per clock period. The parallel vector operations are automatically initiated either when successive vector instructions use different functional units and different vector registers, or when successive vector instructions use the result stream from one vector register as the operand of another operation using different functional units. This process is known as chaining.

      向量处理中 ,连续的操作数通过流水线段馈送,并需要尽可能少的缓冲区和本地控件。 这种并行向量处理允许每个时钟周期产生两个以上的结果。 当连续的向量指令使用不同的功能单元和不同的向量寄存器时,或者当连续的向量指令将来自一个向量寄存器的结果流用作使用不同功能单元的另一操作的操作数时,并行向量操作将自动启动。 此过程称为链接。

    7. Because of the startup delay in a pipeline, a vector processor performs better with longer vectors.

      由于管道中的启动延迟,矢量处理器在使用更长的矢量时会表现更好。

    8. Vector processing is usually faster and more efficient than scalar processing because it reduces the overhead associated with maintenance of the loop control variables.

      向量处理通常比标量处理更快,更有效,因为它减少了与维护循环控制变量相关的开销。

    向量指令字段 (Vector Instruction Fields)

    Vector instructions are usually specified by the following fields:

    向量指令通常由以下字段指定:

    Vector Instruction Fields
    1. Opcode (operation code):

      操作码(操作码):

      This field is used to select the functional unit or to reconfigure a multifunctional unit to perform the specified operation.

      该字段用于选择功能单元或重新配置多功能单元以执行指定的操作。

    2. Base addresses:

      基本地址:

      In case of memory reference instruction, this field specifies the base addresses needed for source operands and result vectors. If the operands and results are located in the vector register file, the designated vector registers must be specified.

      对于内存引用指令,此字段指定源操作数和结果向量所需的基地址。 如果操作数和结果位于向量寄存器文件中,则必须指定指定的向量寄存器。

    3. Address increment:

      地址增量:

      This field specifies the space between the two elements in the main memory. Usually, the elements are consecutively stored thus the increment is 1. However, with variable increment higher flexibility can be offered in the applications.

      该字段指定主存储器中两个元素之间的空间。 通常,元素是连续存储的,因此增量为1。但是,通过可变增量,可以在应用程序中提供更高的灵活性。

    4. Address offset:

      地址偏移量:

      This field specifies the offset to the base address. Using the base address and the offset, the effective memory address can be calculated. The offset can be either positive or negative.

      该字段指定到基地址的偏移量。 使用基地址和偏移量,可以计算有效存储器地址。 偏移量可以为正或负。

    5. Vector length:

      向量长度:

      this field determines the termination of a vector instruction. Vector length affects the processing efficiency because the additional subdividing is required for long vectors.

      该字段确定矢量指令的终止。 向量长度会影响处理效率,因为长向量需要额外的细分。

    翻译自: https://www.includehelp.com/cso/vector-processing-its-characteristics-and-instruction-fields.aspx

    特征向量归一化处理

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  • 1.什么是向量处理机? 具有向量数据表示和相应向量指令的流水线处理机称为向量流水线处理机,也称为向量处理机。 与之对应的是标量处理机,不支持向量数据表示,没有提供向量指令。 2.实例:一个简单的FORTRAN...

    1.什么是向量处理机?

    具有向量数据表示和相应向量指令的流水线处理机称为向量流水线处理机,也称为向量处理机

    与之对应的是标量处理机,不支持向量数据表示,没有提供向量指令。

    2.实例:一个简单的FORTRAN循环程序

          DO 10 i=1,N

    10  d[i] = a[i]*(b[i] + c[i])

    (1)水平(横向)处理方式

    依次计算向量k和d的每个元素

    .....  ......

    ki = bi + ci

    di = ki * ai

    ..... .......

    循环的每个迭代中有1次数据相关,1次控制相关,需要两次功能切换

    (2)垂直(纵向)处理方式

       计算向量k的每个元素之后,再计算向量d的每个元素,需要向量数据类型和向量指令的支持

       K = B + C

       D = K * A

       没有分支;仅有1次数据相关;仅需要1次功能切换

       需要存储器-存储器型操作的运算流水线

    (3)分组(纵横)处理方式

        将长度为N的向量分为m组,每组有n个元素,组内按纵向方式处理,依次处理各组

        需要m次迭代;每次迭代执行两条向量指令,有1次数据相关,需要2次功能切换

        需要寄存器-寄存器型操作的运算流水线

        这种技术称为向量循环分段开采

    3.实例:

    (1)

    (2)

    4.向量处理机的速度评价方法

      由于一条指令最多得到一个结果,标量处理机通常用每秒执行多少条指令(MIPS)来衡量机器的运算速度

      向量处理机用每秒取得多少浮点运算结果来衡量机器速度,以MFLOPS作为测量单位

      采用MFLOPS可以忽视Load、Store、分支、测试等类型指令的影响

    5.向量处理机实例分析

     实例:Cray-I

      1.性能指标

              1GFLOPS、主频80M、向量长度64

      2.基本结构

           - 向量运算部件

           - 向量寄存器组(V0-V7)

           - 向量长度寄存器

           -向量屏蔽寄存器

    3.向量指令类型

      V代表向量  S代表标量

    功能部件冲突:同一功能部件被一条以上的并行工作向量指令所使用

    Vi冲突:并行工作的各向量指令具有相同的源向量或结果向量

    4.CRAY-I体系结构特点

       4.1  向量寄存器与功能单元的连接通路

      每个Vi块都有单独总线可连到所有向量功能部件,而每个向量功能部件也各自都有把运算结果送回向量寄存器组的总线。

       4.2  向量链接技术

       一个向量功能部件得到的结果直接送入另一个向量功能部件的操作数寄存器时所发生的连接过程称为链接

       当两条指令出现“写后读”相关时,若它们不存在当功能部件冲突和向量寄存器(源或目的)冲突,就有可能把它们所用的功能部件头尾相连,形成一个链接流水线,进行流水处理

    链接特性实质上是把流水线“定向”的思想引入到向量执行过程的结果。

    6.向量链接技术应考虑的问题

        设定合适的向量功能部件和操作数寄存器

        链接时机问题

           -只有在前一条向量指令的第一个结果元素送入结果向量寄存器的哪一个时钟周期才可以进行链接

           -只有当前一条向量指令全部执行完毕,释放相应的向量寄存器资源后才能执行后面的向量指令。

           -所有可以链接执行的向量指令的向量长度应相等

     

     

     

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    千次阅读 2018-09-03 22:39:50
    向量处理机的实质是用一条指令(向量指令)发起对整个向量中的所有元素的访存操作并流水化处理这些元素(因为他们需要进行的操作相同) 对于标量处理机每条指令只处理一个元素 向量的处理方式 纵向 纵横向 ...

    1 向量处理机相对标量处理机的优势

    向量处理机的实质是用一条指令(向量指令)发起对整个向量中的所有元素的访存操作流水化处理这些元素(因为他们需要进行的操作相同),从而减少指令获取和解码的带宽

    对于向量A=[1,2,3]

    A+A
    

    代替循环

    for i in len(A):
    	Ai+Ai
    

    减少了很多显式指令的获取和解码,同时后者每次+都要访问一次主存得到向量的一个元素,而向量指令访存操作是为向量中的所有元素发起的,相对于访问 cache 而言更高的访问主存的延迟被均摊了

    2 向量的处理方式和对应的处理机结构

    对于只包含一个运算符的向量计算(如:A+B) 纵向和横向方式没有区别
    对于包含多个运算符的向量计算(如:A*(B+C)) 纵向明显比横向有优势,如减少数据相关

    例如计算 A*(B-C)
    1 横向 - 在标量处理机中使用

    //以元素为单位 整体计算A*(B-C)
    for i in len(A):
    	bi-ci->qi
    	ai*qi->di
    //每次循环都存在数据相关
    

    2 纵向 - 在向量处理机中使用 存储器存储器结构

    //先计算B-C(只有一个运算符,纵向和横向没区别,相当于以元素为单位整体计算B-C)
    for i in len(B):
    	qi <-bi-ci
    //再计算A*Q
    for i in len(A):
    	ai*qi->di
    -----表示成向量指令就是---------
    B-C->Q
    A*Q->D
    //由于先算出整体q,避免了数据相关
    

    3 纵横向 - 在向量处理机中使用 寄存器寄存器结构

    int 分段数 =2;
    for k in 分段数:
    	for m in len(B)/分段数:
    		i = m+k*len(B)/分段数
    		qi <-bi-ci
    	for n in len(A)/分段数:
    		i = n+k*len(B)/分段数
    		ai*qi->di
    

    3 提高向量处理机性能的常用技术

    1. 设置多个功能部件
    2. 采用链接技术,加快一串指令的执行速度(实质相当于变纵向为横向)
    3. 循环开采(分段)
    4. 多处理机

    链接使用条件:

    • 没有功能部件冲突寄存器冲突
    • 链接只能发生在上一条指令的结果送入向量寄存器的那个周期
    • 前向链接了好几个结果时,这些结果的送入寄存器的时刻必须相同

    4 向量处理机性能评价

    5 参考

    向量处理器
    百度百科

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  • ????向量处理机 学习资源来源: 国防科大 计算机体系结构
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空空如也

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