PDF de programación - Temas 5.- ARQUITECTURAS PARALELAS SIMD Y MISD

Sistemas de Multiprocesamiento



PROCESAMIENTO PARALELO


Parte 2.- SISTEMAS PARALELOS

Temas 5.- ARQUITECTURAS PARALELAS SIMD Y MISD

Anexo 1.- Procesamiento paralelo

INDICE


Capitulo 5.1.- INTRODUCION............................................................................................................................................. 2
Capitulo 5.2.- ORGANIZACIONES / TIPOS DE SISTEMAS DE PARALELOS .............................................................. 4
ORGANIZACIONES PARALELAS ................................................................................................................................ 5
Capitulo 5.3.- MULTIPROCESADORES SIMETRICOS .................................................................................................... 7
ORGANIZACION............................................................................................................................................................. 8
Bus de tiempo compartido ............................................................................................................................................. 9
Memoria multipuerto ................................................................................................................................................... 10
Unidad de control central............................................................................................................................................. 11
CONSIDERACIONES DE DISEÑO DE UN SISTEMA OPERATIVO DE MULTIPROCESADOR ......................... 12
UN SMP COMO GRAN COMPUTADOR..................................................................................................................... 12
Interconexión conmutada............................................................................................................................................. 14
Caches L2 compartidas................................................................................................................................................ 14
Cache L3...................................................................................................................................................................... 15
Capitulo 5.4.- COHERENCIA DE CACHE Y PROTOCOLO MESI................................................................................. 16
SOLUCIONES SOFTWARE .......................................................................................................................................... 16
SOLUCIONES HARDWARE ........................................................................................................................................ 17
Protocolos de directorio ............................................................................................................................................... 17
Protocolos de sondeo («Snoopy Protocols») ............................................................................................................... 18
EL PROTOCOLO MESI ................................................................................................................................................. 19
Fallo de lectura............................................................................................................................................................. 20
Acierto de lectura......................................................................................................................................................... 20
Fallo de escritura.......................................................................................................................................................... 20
Acierto de escritura...................................................................................................................................................... 21
Consistencia de caches L1-L2 ..................................................................................................................................... 21
Capitulo 5.5.- CLUSTERS .................................................................................................................................................. 22
CONFIGURACIONES DE «CLUSTERS»..................................................................................................................... 22
CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DEL SISTEMA OPERATIVO...................................................................... 25
Gestión de los fallos..................................................................................................................................................... 25
Equilibrado de carga .................................................................................................................................................... 26
«CLUSTERS» FRENTE A SMP..................................................................................................................................... 26
Capitulo 5.6.- ACCESO NO UNIFORME A MEMORIA.................................................................................................. 27
MOTIVACION................................................................................................................................................................ 27
ORGANIZACION........................................................................................................................................................... 28
PROS Y CONTRAS DE UN COMPUTADOR NUMA................................................................................................. 30
Capitulo 5.6.- COMPUTADOR VECTORIAL................................................................................................................... 31
APROXIMACIONES A LA COMPUTACION VECTORIAL...................................................................................... 31
UNIDAD VECTORIAL IBM 3090................................................................................................................................. 37
Organización................................................................................................................................................................ 37
Registros ...................................................................................................................................................................... 39
Instrucciones compuestas............................................................................................................................................. 41
El repertorio de instrucciones ...................................................................................................................................... 41
LECTURAS RECOMENDADAS....................................................................................................................................... 43

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PROCESAMIENTO PARALELO



En una organización paralela, varias unidades de proceso cooperan en la ejecución de aplicaciones.
Mientras que un procesador superescalar aprovecha las posibilidades de ejecución paralela de instrucciones, una
organización de procesamiento paralelo utiliza un nivel de paralelismo más grueso que permite que varios
procesadores puedan ejecutar el trabajo a realizar en paralelo, y cooperativamente.



Capitulo 5.1.- INTRODUCION

Una manera tradicional de incrementar las prestaciones de un sistema consiste en utilizar varios procesadores
que puedan ejecutar en paralelo una carga de trabajo dada.
Las dos organizaciones de múltiples procesadores más comunes de conseguir mejorar las prestaciones y la
disponibilidad, mediante el uso de varios procesadores son los multiprocesadores simétricos (SMP) y los
«clusters».
Recientemente, los sistemas de acceso a memoria no uniforme (NUMA) han aparecido comercialmente, aunque
r
epresentan una alternativa muy prometedora.

Un SMP es un computador constituido por varios procesadores similares, interconectados mediante un bus o
algún tipo de estructura de conmutación.
El problema más crítico a resolver en un SMP es la coherencia de cache.
Cada procesador tiene su propia cache, y es posible que una línea de datos dada esté presente en más de una
cache. Si esa línea se altera en una cache, entonces tanto la memoria principal como las otras caches tienen
ersiones no válidas de dicha línea.
v


l término computador completo significa que puede funcionar autónomamente fuera del cluster.


Un «cluster» es un grupo de computadores completos interconect
de cómputo, proporcionando la ilusión de ser una única máquina.
E

Un sistema NUMA es un multiprocesador de memoria compartida, en el que el tiem
rocesador a una palabra de memoria varía según la ubicación de la palabra en memoria.
p


po de acceso de un

ados y trabajando juntos como un sólo recurso



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PROCESAMIENTO PARALELO


Tradicionalmente, el computador se ha visto como una máquina secuencial.
La mayoría de los lenguajes de programación del computador requieren que el programador especifique los
algoritmos mediante una secuencia de instrucciones. Los procesadores ejecutan los programas procesando
instrucciones máquina de una en una. Cada instrucción se ejecuta mediante una secuencia de operaciones
(captar instrucción, captar operandos, realizar la operación y almacenar los resultados).

Esta visión del computador no es completamente cierta.
En el nivel de microoperación, se generan al mismo tiempo múltiples señales de control.
La segmentación de las instrucciones, al menos en