Лекция 2. Рис. 4. Структура векторно-параллельного процессора с различным количеством скалярных процессоров и модулей памяти

Рис. 4. Структура векторно-параллельного процессора с различным количеством скалярных процессоров и модулей памяти.

Рис. 3. Структура векторно-параллельного процессора с одинаковым числом скалярных процессоров и модулей памяти.

В историческом плане наиболее известной векторно-параллельной системой является ILLIAC-IV (Burroughs). ЭВМ имела 64 процессора, объединенных в 8*8 плоскую решетку. Пиковая производительность равнялась 100 Мфлопс.

Недостатком векторно-параллельных систем, как и векторно-конвейерных систем, является низкая, как правило, загрузка процессорных элементов. Высокая производительность векторно-параллельных систем достигается только на векторных операциях, в то время как на скалярных операциях, а также при обработке векторов и матриц небольшой размерности, значительная часть процессорных элементов может простаивать. Программирование векторно-параллельных систем сложнее, чем векторно-конвейерных систем. В целом, векторно-параллельные системы, как и векторно-конвейерные системы, характеризуются высокой производительностью только при полной загрузке их вычислительных устройств, которая достигается при решении достаточно узкого класса задач.

В качестве примера достаточно современной векторно-параллельной системы приведем вычислительную систему nCube-3 (1995 г.). Система nCube-3 масштабируется от 8 до 64 К процессорных блоков, объединенных коммуникационной сетью типа «гиперкуб» (размерностью от 3D до 16D). Максимальная производительность nCube-3 составляет несколько TFLOPS. Процессоры системы могут быть объединены в группы, каждая из которых может решать свою задачу (MIMD-режим).

Классификация SIMD-вычислительных систем

Назовите основные классы SIMD-вычислительных систем.

Ответ

Основными классами SIMD-вычислительных систем являются векторно-конвейерные системы и векторно-параллельные системы.

Основными принципами, заложенными в архитектуру векторно-конвейерных систем, являются конвейерная организация обработки потока команд и введение в систему команд набора векторных операций, которые позволяют оперировать с целыми массивами данных. Основу векторно-конвейерных систем составляют конвейеры операций (арифметических и иных), например, конвейеры сложения, умножения и деления вещественных чисел.

Основу векторно-параллельных систем составляют векторно-параллельные процессоры, представляющие собой совокупность скалярных процессоров (процессорных элементов), которые объединены некоторой коммуникационной сетью и в каждом такте синхронно выполняют одну и ту же команду над разными данными. Векторно-параллельные процессоры имеют в своих системах команд специальные векторные (матричные) операции, такие, как векторное и матричное сложение, умножение вектора на матрицу, умножение матрицы на константу, вычисление скалярного произведения, свертки и т.д. При выполнении векторных операций различные компоненты векторов и матриц обрабатываются параллельно на различных процессорных элементах.