Toma de decisiones

Procesador vectorial

Un procesador vectorial es un diseño de CPU capaz de ejecutar operaciones matemáticas sobre múltiples datos de forma simultánea, en contraste con los procesadores escalares, capaces de manejar sólo un dato cada vez. La gran mayoría de las CPUs de hoy en día son escalares o superescalares. Los procesadores vectoriales son muy comunes en el área de la computacióncientífica, formando la base de la mayor parte de los supercomputadores durante los años 80 y 90. Sin embargo, parece claro que la mejora de la tecnología y de los diseños de procesadores van a acabar con el uso de procesadores vectoriales como procesadores de propósito general. IBM, Toshiba y Sony han anunciado el procesador Cell, que está formado en parte por procesadores vectoriales.
Casi todaslas CPUs de hoy en día incluyen algunas instrucciones de procesamiento de tipo vectorial, conocidas como SIMD. En particular, las consolas de videojuegos y las tarjetas gráficas hacen un uso intensivo de este tipo de procesamiento.
Los procesadores vectoriales proporcionan operaciones de alto nivel que trabajan sobre vectores.
Una maquina vectorial consta de una unidad escalar segmentada yuna unidad vectorial. La unidad vectorial dispone de M registros vectoriales de N elementos y de unidades funcionales vectoriales (de suma/resta, multiplicación, división, de carga/almacenamiento, etc) que trabajan sobre los registros vectoriales, y un conjunto de registros escalares.
Una operación vectorial equivale a un bucle completo que procesaría los N elementos del registro vectorial.Ventajas de los procesadores Vectoriales
Las máquinas vectoriales proporcionan operaciones que trabajan sobre vectores. Una instrucción vectorial es equivalente a la ejecución de un bucle completo de instrucciones ordinarias, donde cada iteración trabaja sobre cada una de los componentes del vector. Las operaciones vectoriales tienen algunas ventajas sobre las escalares:
✓ En lasoperaciones vectoriales, cada resultado es independiente de los anteriores. Esto permite efectuar los cálculos en un procesador segmentado sin que existan conflictos por dependencia de datos.
✓ Una simple instrucción vectorial sustituye a muchas escalares. Por ello, el cuello de botella producido por la lectura de esa instrucción es pequeño, comparado con el que producirá el conjunto deinstrucciones escalares a las que equivale.
✓ Las instrucciones vectoriales que precisan acceder a memoria, lo hacen con un patrón de acceso fijo (normalmente serán adyacentes). Esto facilitará su lectura paralela mediante una memoria entrelazada. En cualquier caso, si no se dispusiera de memorias entrelazadas, las posiciones de memoria adyacentes se cargarán en caché, con el consiguiente ahorro detiempo.
✓ Si se utiliza una instrucción vectorial, evitaremos el riesgo de control del salto del bucle, que se producirá si procesáramos las instrucciones escalares equivalentes en un procesador segmentado.
Por todas estas razones, las operaciones vectoriales pueden ejecutarse de forma mucho más rápida que la secuencia de instrucciones equivalentes sobre el mismo conjunto de datos. Estohace que se deba tender al diseño y fabricación de máquinas vectoriales en aplicaciones donde este tipo de operaciones se usen con suficiente frecuencia.

Arquitectura de los procesadores Vectoriales
Un procesador vectorial básico consta típicamente de:
✓ Una unidad escalar Segmentada
✓ Una unidad vectorial: todas sus unidades funcionales tienen una latencia de variosciclos de reloj; lo que permite un ciclo de reloj de menor duración, siendo compatible con operaciones vectoriales de larga ejecución que pueden ser segmentadas a nivel alto sin generar riesgos.
Hay dos tipos principales de arquitecturas vectoriales.
Una primera versión, muy simplificada, de procesador vectorial es el memoria-memoria que es capaz de extraer dos vectores de memoria y operar...