Organización de los sistemas de cómputo

Organización de computadoras

Capítulo 2 - Tanenbaum

Agenda

1. Paralelismo

– Nivel de instrucciones

– Nivel de procesador

Paralelismo

• Hacer dos o más cosas al mismo tiempo.

• Los procesadores operan a mayor rapidez y mejoran su desempeño

• Dos formas generales:

1. Nivel de instrucciones: más instrucciones por segundo

2. Nivel de procesador: múltiples CPU trabajando simultáneamente.

PARALELISMO A NIVEL DE INSTRUCCIONES

Paralelismo en nivel de instrucciones

• Buffer de pre-búsqueda:–registros que almacenan instrucciones

por adelantado, desde la memoria

–Divide la ejecución de instrucciones en: • Búsqueda

• Ejecución

Paralelismo en nivel de instrucciones

• Pipeline (fila de procesamiento)

–Divide la ejecución de instrucciones en varias partes.

–C/u con hardware dedicado

–componentes operan en paralelo

Paralelismo en nivel de instruccionesFilas de procesamiento

Fila de procesamiento de cinco etapas

Paralelismo en nivel de instrucciones:Filas de procesamiento

Estado de cada etapa en función del tiempo

(9 ciclos de reloj)

Pipelining is Natural!

• Laundry Example

• Ann, Brian, Cathy, Dave each have one load of clothes to wash, dry, and fold

• Washer takes 30 minutes

• Dryer takes 40 minutes

• “Folder” takes 20 minutes

A B C D

Adapted from the lecture notes of Dr. John Kubiatowicz (UC Berkeley)

and Hank Walker (TAMU)

Sequential Laundry

• Sequential laundry takes 6 hours for 4 loads

A

B

C

D

30 40 20 30 40 20 30 40 20 30 40 20

6 PM 7 8 9 10 11 Midnight

T

a

s

k

O

r

d

e

r

Time

Adapted from the lecture notes of Dr. John Kubiatowicz (UC Berkeley)

and Hank Walker (TAMU)

Paralelismo en nivel de instrucciones:Filas de procesamiento

Tomando en cuenta la figura anterior:

• Si cada tiempo de ciclo de máquina es de 2ns, ¿cuánto tiempo se requiere para que una instrucción pase por las 5 etapas? Latencia

• ¿A qué velocidad opera la máquina en MIPS? Ancho de banda del procesador

Paralelismo en nivel de instrucciones

• Arquitectura superescalar

– Dos filas de procesamiento (Pentium)

Paralelismo en nivel de instrucciones:Arquitecturas superescalares

Procesador superescalarcon cinco unidades funcionales

Pentium II posee esta estructura

PARALELISMO A NIVEL DE PROCESADOR

Paralelismo en nivel de procesador:Arreglos de procesadores

Paralelismo en nivel de procesador:Procesador vectorial

Paralelismo en nivel de procesador:multiprocesadores

a) Multiprocesador con un solo bus.

b) Multicomputadora con memorias locales.

Paralelismo en nivel de procesador:multicomputadoras

Bibliografía

• TANENBAUM, S. Andrew Organización de computadoras: un enfoque estructurado. Cuarta edición. 2000. Prentice Hall. Capítulo 2

• D. Patterson, J. Hennessy, “Computer Architecture: A Quantitative Approach”, 3rd ed. San Francisco, CA: Morgan Kaufmann, 2003.