Maquinas Computadoras II U2 - Procesadores Segmentados y Vectoriales

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  • 8/20/2019 Maquinas Computadoras II U2 - Procesadores Segmentados y Vectoriales

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    Máquinas Computadoras II

    Procesadores Segmentados y Vectoriales

    UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

    FACULTAD DE ELECTROTECNIA Y COMPUTACIÓN DEPARTAMENTO DE SISTEMAS DIGITALES Y TELECOMUNICACIONES

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    Ingeniería Electrónica - MC2

    Contenido

    Paralelismo en Mono-Procesador 

    MIMD Memoria Compartida

    MIMD Memoria Acoplada

    Computadoras Multi-core

    Procesadores Segmentados y Vectoriales 2

    Tipos de Paralelismo

    Computadoras Vectoriales

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    TIPOS DE PARALELISMO

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC23

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    Conceptos Generales

    Ejecución serial • Las tareas/instrucciones de un

    programa son ejecutadas de manera secuencial, una cada vez.

    Ejecución paralela • Varias tareas/instrucciones de un

    programa son ejecutadas de manera simultánea.

    Memoria compartida • Las diferentes unidades de computo

    (CPU) comparten una memoria común a la cual tienen todos acceso en igualdad de condiciones.

    Memoria distribuida • Las diferentes unidades de cálculo

    (CPU) tienen una memoria propia a la cual las demás CPUs no tienen acceso directo.

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC24

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    Conceptos Generales - Rendimiento

    La aceleración experimentada por un programa al hacer uso de Nunidades de procesamiento (CPU) en vez de una única es

     ó = 

    

    La eficiencia paralela es la aceleración alcanzada por un programa comparada con la que podría alcanzar en el caso ideal:

      =  ó

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC25

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    Primeros Pasos en Procesamiento Paralelo

    La segmentación es un primer mecanismo de paralelismo • Varias instrucciones

    consecutivas son ejecutadas de forma solapada casi en paralelo.

    Procesadores super- escalares realizan

    también procesamientoparalelo • Ejecutan dos o mas

    instrucciones al mismo tiempo gracias a la presencia de varios cauces paralelos.

    Procesadores o Sistemas vectoriales • Segmentación al tratamiento

    de grandes cadenas de datos.

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC26

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    Clasificación de Flynn

     La clasificación mas popular de computadores

     Basada en la clasificación atendiendo al flujo de datos e instrucciones en un sistema.  Un flujo de instrucciones es el conjunto de instrucciones secuenciales

    que son ejecutadas por un único procesador,

     y un flujo de datos es el flujo secuencial de datos requeridos por el flujo de instrucciones.

     Cuatro categorías:

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC27

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    Taxonomía de las arquitecturas paralelas

    Organizaciones de computadores

    Una secuencia de instrucción, una

    secuencia de datos (SISD)

    Una secuencia de instrucción, múltiples secuencias de datos

    (SIMD)

    Múltiples secuencias de instrucción, una

    secuencia de datos (MISD)

    Múltiples secuencias de instrucción, múltiples secuencias de datos

    (MIMD)

    Monoprocesadores

    Procesadores vectoriales

    Procesadores matriciales

    Memoria compartida (fuertemente acoplada)

    Memoria distribuida (débilmente acoplada)

    Clusters

    Multiprocesador  simétrico (SMP)

    Acceso no uniforme a memoria (NUMA)

    SMP = Symmetric MultiProcessor  NUMA = NonUniform Memory Access

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC28

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    SISD: Single Instruction, Single Data

    Características del modeloSISD:  La CPU procesa

    únicamente una instrucción por cada ciclo de reloj

     Únicamente un dato esprocesado en cada ciclo de reloj

     Es el modelo más antiguo de computadora y el más

    extendido.-

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC29

    Flujo único de instrucciones y flujo

    único de datos.  A menudo a los SISD se les conoce como computadores serie escalares.

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    Máquinas SISD

     Poseen registro simple que se

    llama contador de programa que asegura la ejecución en serie del programa.  Conforme se van leyendo las

    instrucciones de la memoria,

     el contador de programa se actualiza

    para que apunte a la siguienteinstrucción a procesar en serie.

     No existe actualmente ningún computador puramente SISD

     La mayoría de procesadores modernos incorporan algún grado

    de paralelismo  Segmentación de instrucciones

     Ejecución de varias instrucciones al mismo tiempo (superescalares).-

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC210

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    MISD: Mult ip le Ins truc t ion stream , Sing le Data stream 

     Flujo múltiple de instrucciones y único flujo de datos.  Varias instrucciones actúan sobre el mismo y único conjunto de datos.

     Existen pocos ejemplos ya que es impráctica.  Una opción son arquitecturas altamente segmentadas ejecutando una función

    particular en los mismo datos.-

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC211

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    SIMD: Single Instruction, Multiple Data

    Características delmodelo SIMD:  Todas las unidades

    ejecutan la misma

    instrucción  Cada unidad procesa

    un dato distinto

     Todas las unidades

    operansimultáneamente

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC212

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    Organización MIMD Múltiples Instrucciones Múltiples Datos

    Sonprocesadores de uso general.

    Cada uno es capaz de

    procesar todas

    las instruccionesnecesarias para realizar las

    transformaciones apropiadas de los

    datos.

    Se pueden subdividir,

    además, según laforma que tienen los procesadores

    para comunicarse.

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC213

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    MIMD: Multiple Instruction, Multiple Data

    Características delmodelo MIMD:  Cada unidad ejecuta

    una instrucción distinta

    Cada unidad procesaun dato distinto

     Todas las unidades operan

    simultáneamente

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC214

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    MIMD de memoria compartida

    UC1

    UC2

    UCn

    UP1

    UP2

    UPn

    FI

    FI

    FI

    FD

    FD

    FD

       M   e  m

      o   r   i   a

      c   o   m   p

      a   r   t    i   d   a

    UC = Unidad de Control UP = Unidad de Procesamiento FI = Flujo de Instrucciones FD = Flujo de Datos

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC215

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    SMP (fuertemente acoplado)

    Varios procesadores comparten una única memoria.

    Los procesadores se comunican unos con otros a través de esa memoria compartida.

    Características del multiprocesador simétrico (SMP):

    • Comparten la memoria principal. • Comparten un bus para acceder a la memoria. • El tiempo de acceso a memoria es aproximadamente el mismo

    para todos los procesadores.

    Procesadores Segmentados y Vectoriales Ingeniería Electrónica - MC216

  • 8/20/2019 Maquinas Computadoras II U2 - Procesadores Segmentados y Vectoriales

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