Vectores3

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Cap´ ıtulo 1 Procesadores vectoriales
En el camino hacia los multiprocesadores y multicomputadores nos encontramos con los procesadores vectoriales que son una forma tambi´n de procesamiento paralelo. e Normalmente el c´lculo cient´ a ıfico y matem´tico precisa de la realizaci´n de un a o n´mero elevado de operaciones en muy poco tiempo. La mayor´ de los problemas u ıa f´ ısicos y matem´ticos sepueden expresar f´cilmente mediante la utilizaci´n de matrices a a o y vectores. Aparte de que esto supone una posible claridad en el lenguaje, va a permitir explotar al m´ximo un tipo de arquitectura espec´ a ıfica para este tipo de tipos de datos, y es la de los procesadores vectoriales. El paralelismo viene de que al operar con matrices, normalmente, los elementos de las matrices sonindependientes entre s´ es decir, no existen dependencias de datos ı, dentro de las propias matrices, en general. Esto permite que todas las operaciones entre elementos de unas matrices con otras puedan realizarse en paralelo, o al menos en el mismo cauce de instrucciones sin que haya un conflicto entre los datos. Otra ventaja del c´lculo matricial es que va a permitir replicar las unidades de c´lculo a a sinnecesidad de replicar las unidades de control. Se tendr´ en este caso una especie de ıa multiprocesador sin necesidad de tener que replicar tanto la unidad de control como la de c´lculo, eso s´ el n´mero de tareas que un sistema de este tipo podr´ abordar son a ı, u ıa limitadas. Los procesadores vectoriales se caracterizan porque van a ofrecer una serie de operaciones de alto nivel que operansobre vectores, es decir, matrices lineales de n´meros. u Una operaci´n t´ o ıpica de un procesador vectorial ser´ la suma de dos vectores de coma ıa flotante de 64 elementos para obtener el vector de 64 elementos resultante. La instrucci´n en este caso es equivalente a un lazo software que a cada iteraci´n opera sobre o o uno de los 64 elementos. Un procesador vectorial realiza este lazo porhardware aprovechando un cauce m´s profundo, la localidad de los datos, y una eventual repetici´n a o de las unidades de c´lculo. a Las instrucciones vectoriales tienen unas propiedades importantes que se resumen a continuaci´n aunque previamente ya se han dado unas pinceladas: o • El c´lculo de cada resultado es independiente de los resultados anteriores en el a mismo vector, lo que permite un cauce muyprofundo sin generar riesgos por las dependencias de datos. La ausencia de estos riesgos viene decidida por el compilador o el programador cuando se decidi´ que la instrucci´n pod´ ser utilizada. o o ıa • Una sola instrucci´n vectorial especifica una gran cantidad de trabajo, ya que equio Ingenier´ Inform´tica ıa a Universidad de Valencia

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Procesadores vectoriales

vale a ejecutar unbucle completo. Por lo tanto, el requisito de anchura de banda de las instrucciones se reduce considerablemente. En los procesadores no vectoriales, donde se precisan muchas m´s instrucciones, la b´squeda y decodificaci´n de las a u o instrucciones puede representar un cuello de botella, que fue detectado por Flynn en 1966 y por eso se le llama cuello de botella de Flynn. • Las instruccionesvectoriales que acceden a memoria tienen un patr´n de acceso o conocido. Si los elementos de la matriz son todos adyacentes, entonces extraer el vector de un conjunto de bancos de memoria entrelazada funciona muy bien. La alta latencia de iniciar un acceso a memoria principal, en comparaci´n con acceder o a una cache, se amortiza porque se inicia un acceso para el vector completo en lugar de para un unicoelemento. Por ello, el coste de la latencia a memoria principal se ´ paga una sola vez para el vector completo, en lugar de una vez por cada elemento del vector. • Como se sustituye un bucle completo por una instrucci´n vectorial cuyo comporo tamiento est´ predeterminado, los riesgos de control en el cauce, que normalmente a podr´ surgir del salto del bucle, son inexistentes. ıan Por estas...
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