Векторно-конвеєрні комп’ютери
Класичним прикладом комп’ютерів даного типу є комп’ютери Cray C90, що був випущений на початку 90-х років. Даний комп’ютер містить 16 рівноцінних процесорів, з часом такту 4,1нс (250 МГц). Всі процесори однакові, як по характеристиках, так і по відношенню по розділенню ресурсів. Загальна структура зображена на рис. 15.
Рис. 15. Загальна структура векторно-конвеєрного комп’ютера.
Структура ОЗП
Кожне слово в пам’яті складається з 80 біт: 64 з них – біти даних, 16 біт – для корекції помилок. Для реалізації паралельного доступу вся пам'ять розбита на банки. При максимальній конфігурації вся пам'ять розбивається на 1024 банки, які в свою чергу об’єднуються в секції та підсекції. Кожна з восьми секцій включає в себе 8 підсекцій, кожна з яких включає 64 банки.
Характерною рисою даного комп’ютера є те, що при зверненні до пам’яті із кроком який рівний 2к виникає конфлікт. Час вирішення якого збільшується із значенням степені.
Кожен процесор має доступ до ОЗП через чотири порти, що працюють зі швидкістю два слова за такт. З цих чотирьох портів обов’язково один виділяється для операції вводу/виводу, а ще один – для проведення запису.
Секція між процесорної взаємодії
Основне завдання – це передача даних та керуючої інформації між процесорами та синхронізація їх взаємної роботи. Містить розділені регістри та семафори, які об’єднуються в групи, що називаються кластерами.
Регістрова структура процесора
Так як всі процесори даного комп’ютера є однакові, то розглянемо структуру одного процесора. Кожен процесор вміє обробляти такі типи даних:
- адреси;
- скаляри;
- вектори.
Кожен процесор має набір основних та проміжних регістрів. До основних відносяться: А-регістри, що призначені для роботи з адресами, S-регістри, що призначені для роботи із скалярними даними. Проміжні регістри В та Т, призначені для запису проміжних результатів обміну процесора з пам’яттю. Адресні регістри містять вісім регістрів у основному наборі та 64 в проміжному. Всі регістри 64-розрядні і призначені для виконання скалярних операцій. Кожен з векторних регістрів містить 128 64-розрядних елементів призначені для збереження елементів вектора. Кількість таких регістрів – 8. Для виконання векторних операцій є два додаткових регістра – 8-розрядний VL, в якому зберігається довжина вектора та регістр 128-бітний VM – регістр маски. Якщо і-тий розряд даного регістра рівний 1, то процесор буде виконувати операції над і-тим елементом вектора.
Функціональні пристрої
Всі функціональні пристрої даного комп’ютера є конвеєрними. Кількість стадій кожного з функціональних пристроїв може бути різною, проте за кожен такт конвеєр виконує одну із стадій, тобто на кожен такт при максимальному навантаженні конвеєра на його виході точно буде результат тієї чи іншої операції. Функціональні пристрої діляться на 4 групи:
1. адресні;
2. скалярні;
3. векторні;
4. для роботи з дійсними числами.
Два функціональні пристрої з адресної групи призначені для додавання та віднімання 32-розрядних цілих чисел. Скалярних функціональних пристроїв є обов’язково чотири. Кожен з цих пристроїв призначений для додавання і віднімання, проведення логічних побітових операцій, проведення операцій зсуву. Ці пристрої працюють тільки з скалярними командами та скалярними регістрами. Число векторних функціональних пристроїв може змінюватись від 5 до 7, в залежності від конфігурації машини. Ці пристрої призначені для роботи з векторними командами та векторними регістрами. В групу функціональних пристроїв для дійсної арифметики входять три пристрої:
1. для додавання і віднімання;
2. для множення;
3. для знаходження оберненого числа.
Функціонального пристрою для операції ділення немає, відсутня також кеш-пам'ять. Конвеєри в усіх функціональних пристроях про дубльовані. І вони мають назви:
- конвеєр 0;
- конвеєр 1.
При виконанні векторних команд на конвеєр 0 подаються елементи векторів з не парними номерами, а на конвеєр 1 – з парними. За один такт функціональний пристрій може видавати два результати.
Архітектура комп’ютера Cray C90 дозволяє використовувати регістр вихідного результату як вхідні дані для наступної операції. Цей режим роботи називається режимом із зачепленням. Наприклад, при виконанні операції результат множення подається зразу на функціональні пристрої, що виконує операцію додавання, навіть не очікуючи повного закінчення операції множення.