一個向量處理機架構的設計方法與動態結構向量暫存器的設計

Abstract

當計算機的運算能力被要求得愈來愈高時，一般性用途的考慮已經沒有辦法符合要求 了。也就是說不可能設計一個快速的處理機，而能夠使所有的應用都有很好的效能。 所以我們在考慮設計一個高性能向量處理機時，首先需要決定的是它的用途，再來就 必須分析應用集中的運算特性，最後再使用分析的結果來設計向量處理器的特性。為 了設計一個具有高效率而且快速的向量處理機，所以我們針對向量功能單元的架構和 向量暫存器的設計做了一些考慮。 多功能單元是向量處理機的特性，我們提出了一個方法，先分析應用範圍的代表性核 心程式的特性，來設計向量功能單元的架構。另外考慮了各種運算間的相互關係，以 及硬體設計時的資源可分享程度，減少功能單元間連接部分。這個有系統的方法能提 供向量處理機的設計者，能以應用的特性來設計符合要求的右構。動態結構向量暫存 器的觀念是由日本富士公司提出來的。我們延了這個概念。而自行設計控制部分，提 供了硬體和軟體的支援。最後使用自己發展的模擬程式證明了動態結構向量暫存器的 價值。 最後我們建立了一個簡單的向量執行模型，而使用這個模型來模擬動態結構向量暫存 器、處理機平行度、主記憶匯流排頻寬和不同的輸入型態間的關係。從模擬的結果得 到了上述幾個參數間的關係。結論是設計一個完整的向量處理機系統時，必須同時考 慮處理機的平行度、主記憶匯排的頻寬以及使用動態結構向量暫存器，可以改進向量 處理的速度。