Was ist der Unterschied zwischen Vektor- und Skalarprozessoren?
Der Teil eines Computers, der die Ausführung der Anweisungen verschiedener Programme ermöglicht, ist die Zentraleinheit (CPU). Die CPU, auch Prozessor genannt, empfängt die Anweisungen eines Programms. decodiert diese Anweisungen und zerlegt sie in einzelne Teile; führt diese Anweisungen aus; und meldet die Ergebnisse und schreibt sie zurück in den Speicher. Das Format für diesen Prozessor ist einer von zwei Haupttypen: Vektor und Skalar. Der Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass skalare Prozessoren jeweils nur an einem Datenpunkt arbeiten, während Vektorprozessoren an einem Array von Daten arbeiten.
Skalarprozessoren sind der grundlegendste Prozessortyp. Diese verarbeiten jeweils ein Element, normalerweise ganze Zahlen oder Gleitkommazahlen, die zu groß oder zu klein sind, um durch ganze Zahlen dargestellt zu werden. Da jeder Befehl nacheinander abgearbeitet wird, kann die grundlegende Skalarverarbeitung einige Zeit in Anspruch nehmen. Die meisten modernen Computer verwenden eine Art Skalarprozessor.
Im Gegensatz dazu arbeiten Vektorprozessoren mit einem Array von Datenpunkten. Das bedeutet, dass nicht jedes Element einzeln behandelt werden muss, sondern mehrere Elemente mit derselben Anweisung gleichzeitig behandelt werden können. Dies kann gegenüber der skalaren Verarbeitung Zeit sparen, erhöht aber auch die Komplexität eines Systems, was andere Funktionen verlangsamen kann. Die Vektorverarbeitung funktioniert am besten, wenn eine große Menge von Daten verarbeitet werden muss, von denen Gruppen von einer Anweisung verarbeitet werden können.
Vektor- und Skalarprozessoren unterscheiden sich auch in ihren Startzeiten. Ein Vektorprozessor erfordert häufig einen längeren Start des Computers, da mehrere Aufgaben ausgeführt werden. Skalare Prozessoren starten einen Computer in viel kürzerer Zeit, da nur einzelne Aufgaben ausgeführt werden.
Der superskalare Prozessor nimmt Elemente jedes Typs auf und kombiniert sie für eine noch schnellere Verarbeitung. Bei Verwendung der Parallelität auf Befehlsebene kann die superskalare Verarbeitung mehrere Operationen gleichzeitig ausführen. Dies ermöglicht es der CPU, viel schneller als ein einfacher Skalarprozessor zu arbeiten, ohne die zusätzliche Komplexität und andere Einschränkungen des Vektorprozessors. Bei diesem Prozessortyp kann es jedoch zu Problemen kommen, da ermittelt werden muss, welche Aufgaben parallel ausgeführt werden können und welche davon abhängen, dass andere Aufgaben zuerst ausgeführt werden.
Vektor- und Skalarprozessoren werden weiterhin täglich verwendet. Einige Videospielkonsolen verwenden beispielsweise eine Kombination aus Vektor- und Skalarprozessoren. Die Vektorverarbeitung erweist sich bei Multimedia-Aufgaben als vielversprechend, bei denen ein Befehl die große Datenmenge adressieren kann, die für Video und Audio erforderlich ist.