Принцип: Имеется две типа систем высокопроизводительной числовой обработки:

1). Матричные системы.

2). Векторно-конвейерные системы.

Итак, имеется некоторый конвейер с несколькими стадиями. Данные берутся из памяти и подаются на конвейер, и результат выполнения возвращается в память:

Рис.7.1.

Рассмотрим пример:

Предположим ,и – вектора (или одномерные массивы чисел). Тогда векторной операцией будет поэлементное сложение чисел, составляющих эти вектора и присвоенные соответствующим элементам вектора С:

,

, —

два n-чтений из ОП, n-сложений, n-присвоений (запись).

Рис.7.2.

Эту схему можно усложнить. Пусть ,, и – вектора.

.

Рис.7.3.

Особенностью ВКС должна быть перенастройка конвейера для различных выражений.

Рассмотрим архитектуру ВКС.

Рис.7.4. Архитектура ВКС

В векторных архитектурах используются многофункциональные конвейеры, которые имеют схемы статической или динамической настройки на определенную операцию (операции). При статической настройки конвейер настраивается перед началом выполнения векторной команды. При динамической настройки – в процессе ее исполнения путем перестройки конвейера.

Пример:

Различают линейные и нелинейные конвейеры:

Рис.7.5. Линейный конвейер

Рис.7.6. Нелинейный конвейер

Нелинейный конвейер позволяет организовать вычисление рекуррентных выражений:

(без обратной связи)

Рассмотрим сцепление и распределение данных:

Рис.7.7. Сцепление данных

При сцеплении данных результат, полученный на предыдущих стадиях конвейера, поддается на вход следующих стадий конвейера, куда также передаются данные из ЛП (локальная память).

Рис.7.8. Распределение данных

При распределении данных векторная команда реализуется посредством нескольких однотипных операционных конвейеров.

В мире существует несколько десятков Супер-ЭВМ, построенных по векторно-конвейерному принципу. Понятно, что эти Супер-ЭВМ очень дорогостоящие. Приведем таблицу наиболее известных типов Супер-ЭВМ, организованных по векторно-конвейерному принципу:

Таблица 7.1.

Модель Супер-ЭВМ	Произв. В мегафлопп[1]	Число ПЭ	Длительность такта ( в нс )	Объем цикла	Элементная база
Для вект. Операций	Для скал. Операций
CRAY-2	487	4	4.1	4.1	1Г/38нс	ЭСЛ[2] СИС[3] 0,35нс[4]
VP2000 Fujitsu	533	1	7.5	15.0	256Мб/ 60нс	ЭСЛ БИС 0,35нс
S-810 Hitachi	840	1	14.0	28.0	256Мб/ 70нс	ЭСЛ БИС 0,35нс
CYBER-205 CDC	40	2	20.0	40.0	1Г/50нс	ЭСЛ БИС 0,75нс

Пример ВКС:

Рис.7.9. Супер-ЭВМ CRAY

Конструктивной особенностью Супер-ЭВМ CRAY является то, что расстояние между функциональными узлами сказывается на его быстродействии. Поэтому она сделана в виде такого тора.

Рис.7.10.

В связи с тем, что если сделать ее вытянутую в линию, то окажется, что между двумя концами распространение сигнала столь длительное, что очень сложно синхронизировать работу частей, находящихся наиболее удаленно. Поэтому сделали в виде «бублика», чтобы эту проблему решить. Получили макс. длину связи 6.2 м.

---

[1] 1 мегафлопп – это 1млн. операций в сек.

[2] ЭСЛ – эмитерно-связанная логика

[3] СИС – средняя интегральная схема

[4] 0,35нс – базовый эл-нт переключается за 0,35нс