Arquitetura Vetorial

Arquitetura vetorial

Objetivo

Mostrar os conceitos básicos e aplicações da arquitetura vetorial e apresentar as principais características dessa arquitetura.

Histórico

Projeto Salomon:

A primeira vez que se ouviu falar em processamento vetorial foi no inicio da década de 1960 na

Westinghouse Electric Corporationdurante o projeto Solomon. Sua meta era aumentar o desempenho matemático, utilizando-se de uma grande quantidade de co-processadores matemáticos sob o controle de uma única CPU. Isso permitiria que um conjunto de dados, agrupados num vetor, fosse processado por instruções especiais.

Universidade de Illinois:

Em 1962 o projeto foi cancelado e, mais tarde, retomado pela Universidade de Illinois. Iniciaram com a meta de atingir 1Gflops, mas nofinal só conseguiram 150Mflops.

Star-100 da CDC e ASC da Texas instruments:

Outros projetos se seguiram a este. Foram criados o STAR-100, da CDC e o ASC, da Texas

Instruments. Ambos não obtiveram sucesso; no caso do ASC por trabalhar com vetores muito pequenos (quatro elementos) e no caso do STAR-100 por ser mais lento que os computadores da CDC que não se utilizavam da arquitetura vetorial.

Cray-1: COS, CFT e CAL:

A técnica só foi utilizada eficientemente em 1976, por Seymour Cray. Ele foi o fundador da Cray Research. O supercomputador Cray-1 foi o primeiro a se beneficiar de uma arquitetura vetorial. Diferentemente do ASC e do STAR-100, que trabalhavam com os dados em memória, este possuía registradores vetoriais, que faziam com que o processamento dos dados fosse diversas vezes mais rápido que seus concorrentes vetoriais. Após o uso em caráter de teste durante seis meses, foi adquirido pela NCAR (National Center for Atmospheric Research), o primeiro cliente da Cray Research, pelo valor de US$8,86 milhões. O supercomputador, que pesava 5,5 toneladas e possuia um sistema de refrigeração a gás freon, era capaz de atingir o pico de 133 Megaflops com seus 8MB de memória de alto desempenho. Com o desenvolvimento desta nova arquitetura, tornou-se necessária a criação de um pacote de software voltado para ela. Foram lançados então, em 1978, um sistema operacional (COS – Cray Operating System), o primeiro compilador Fortran com vetorização automática (CFT) e a Cray Assembler Language (CAL).

ETA-10:

Outras máquinas se seguiram após o Cray-1. A CDC, por exemplo, deu sua última cartada no

mercado de supercomputadores com o ETA-10. Este foi um fracasso de vendas, o que serviu para que a companhia abandonasse completamente o ramo dos computadores de alto desempenho. Diversas companhias japonesas (Fujitsu, Hitachi e NEC) passaram a desenvolver computadores similares ao Cray-1, com relativo sucesso.

Cray-2, Cray X-MP e Cray Y-MP:

Porém Cray continuou sendo o líder de desempenho com a série de máquinas Cray-2, Cray X-MP e Cray Y-MP (também conhecidos como Cray 3 e Cray 4)

Processamento vetorial

SISD:

Single Instruction, Single Data (Única Instrução, Único Dado), ou seja, é uma das arquiteturas mais simples podendo operar um dado a cada ciclo de instrução.

Outra definição: O computador consiste de uma unidade de processamento que recebe um fluxo simples de instruções e opera sobre um simples fluxo de dados.

SIMD:

Single Instruction, Multiple Data (Única Instrução, Múltiplos Dados), esse tipo de arquitetura é muito utilizada na área científica, pelo fato de uma única instrução ser aplicada simultâneamente a vários dados, um exemplo o vetor ou matriz de dados. O processamento vetorial é muito parecido com este modelo, diferindo somente pelo fato de que as unidades funcionais em máquinas vetoriais são projetadas para funcionar na forma de pipeline, enquanto em máquinas SIMD os elementos são operados todos de uma só vez.

Outra difinição: N processadores, cada um com sua unidade de controle e unidade de processamento, dividem uma mesma memória e executam diferentes instruções sobre o mesmo dado. O processamento vetorial é muito parecido com este modelo, diferindo somente pelo fato de que as unidades funcionais em máquinas vetoriais são projetadas para funcionar na forma de pipeline,enquanto em máquinas SIMD os elementos são operados todos de uma só vez [Patterson].

MISD:

Multiple Instruction, Single Data (Múltiplas Instruções, Único Dado), aonde múltipla instruções operam sobre o mesmo dado, um exemplo prático, seria a técnica de pipeline, pelo fato de utilizar várias instruções em único dado, consegue assim, aproveitar melhor o potencial de processamento do núcleo.

Outra definição: O computador consiste de uma unidade de controle e N unidades de processamento. Todo o processamento esta sobre o controle de um único fluxo de instruções mas opera sobre N fluxos de dados. Esta arquitetura pode ser utilizada para o caso de diferentes algoritmos atuarem em um mesmo conjunto de dados, no entanto é muito difícil de ser encontrada.

MIND:

Multiple Instruction, Multiple Data (Múltipas Instruções, Múltiplos Dados), consiste em uma técnica utilizada para conseguir um certo grau de paralelismo. Ao montar um computador com

esta arquitetura são utilizados vários processadores MIND, estes trabalham de forma assíncrona (não sincronizados) e independente, eles podem estar executando diferentes instruções em diferentes fragmentos de dados.

Outra definição: O computador consiste de uma unidade de controle e N unidades de processamento. Todo o processamento esta sobre o controle de um único fluxo de instruções mas opera sobre N fluxos de dados.

Em computação , MIMD (instrução múltiplo, de dados) é uma técnica empregada para atingir o paralelismo. Máquinas utilizando MIMD têm um certo número