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ARQUITECTURAS MIMD

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ARQUITECTURAS MIMD. Introducción. Docente : José Díaz Chow. ARQUITECTURAS MIMD. FLYNN: Múltiple flujo de instrucciones , Multiples flujos de Datos . ¿ Qué significa para la arquitectura ?

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arquitecturas mimd

ARQUITECTURAS MIMD

Introducción

Docente: José Díaz Chow

arquitecturas mimd1
ARQUITECTURAS MIMD
  • FLYNN:
    • Múltipleflujo de instrucciones, Multiples flujos de Datos.
  • ¿Quésignifica para la arquitectura?
    • Sistemasparalelosque se componenporvariosprocesadorestrabajandosimultánea o concurrentemente.
paralelismo
Paralelismo
  • ¿Quésignificaqueprocesamiento sea paralelo?
    • Queexistan al mismotiempo (simultáneamente):
      • Múltiplesejecutorestrabajando en conjunto y/o
      • Ejecución de múltiplestareas.
    • Casos:
      • Un ejecutor con múltiplestareassolapadas o a la vez:
        • Segmentación y Supersegmentación.
        • Superescalaridad.
      • Variosejecutores con unamismatarea.
      • Variosejecutores con múltiplestareas.
paralelismo1
Paralelismo
  • Dos componentes, de acuerdo a susformas de operación:
    • Temporal:
      • Solapamientode ejecuciónde múltiplestareas en el tiempo.
    • Espacial:
      • Multiplicidadde ejecutorestrabajandosimultáneamente en una o variastareas.
niveles de paralelismo
Niveles de Paralelismo
  • Nivel de tareas (Job Level): Diferentes procesadores ejecutando diferentes procesos.

GranoGrueso

  • Nivel de Programa (Programlevel): Diferentes procesadores ejecutando diferentes secciones de un mismo programa en paralelo.

CPU

  • Nivel de instrucciones (InstructionLevel): Diferentes instrucciones ejecutándose en un procesador (Pipelining, Superpiplining, Scalar, Superescalar)

GranoFino

  •  Nivel de Aritmética y bits. (Bit Level): Varios procesadores trabajando en paralelo sobre diferentes secciones de bits de los datos. (Bit sliceprocessor)
arquitecturas mimd2
Arquitecturas MIMD
  • Trabajan en nivel de paralelismo de granogrueso
  • Clasificación (Según Salomon):
    • Multiprocesadores: Memoriacompartida
    • Multicomputadoras: Memoriadistribuida
  • Pornivel de Acoplamiento:
    • Fuertementeacoplados (Thightly coupled):
    • Débilmenteacoplados (Loosely coupled)
estructuras de interconexi n
Estructuras de Interconexión
  • Deben proveermecanismoparacomunicación entre diferentesentidades de procesamiento y entre ellas y memoria.
  • En dependencia de sutipologíapuedendemandar alto ancho de banda.
  • Suelenemplearselasmismasestructuras de los SIMD.
  • Difieren en cuanto al tipo de MIMD, los multiprocesadoresrequierenénfasis en acceso a memoriacompartida y los multicomputadores en la comunicacióninterprocesador.
clasificaci n mimd por estructura de interconexi n
Clasificación MIMD porestructura de Interconexión

MIMD

Multiprocesadores

Multicomputadoras

Basados en servicios de red

Basados en Buses

Basados en redes inter-procesador

Basados en redesconmutadas

SistemasDistribuidos

Sequent, Encore

Ultracomputer,

RP3

Hipercubo, Transputer

estructura de bus com n
Estructura de Bus común
  • Todos los CPUs comparten un mismo bus del sistema para acceder a memoria compartida y opcionalmente a dispositivos o canales de Entrada – Salida.

P1

P2

P3

P4

MIMD con estructura de interconexión en Bus común.

M1

M2

IOP1

IOP2

estructura de bus com n1
Estructura de Bus común
  • El acceso a memoria se convierte en cuello de botella.
  • Necesidad de arbitrajepara el control del bus del sistema.
  • El empleo de jerarquía de memoriapuedereducir el impacto de contención de acceso.
  • Problema de coherencia de cachés.
  • Diferentesesquemas de solución.
red de conmutaci n de barras cruzadas
Red de conmutación de barrascruzadas.
  • Un bus comúngenerarcontención, variosbuses puedendistribuir el tráfico entre los CPUs y Memoria

M1

M2

M3

M0

P1

P2

P3

P4

red de conmutaci n de barras cruzadas1
Red de conmutación de barrascruzadas.
  • El conmutador se encarga de controlar el tráfico en los buses de procesadores y memorias.
  • Direcciones y  son puedensoportarseconcurrentemente. La direccióntiene mayor prioridad y bloquea a la dirección .
  • Cualquierprocesadorpuedeacceder a cualquiermódulo de memoriaque no estéocupadopor un procesador de mayor prioridad.
  • Las prioridadesestablecidaspor la posición.
memorias multipuerto
MemoriasMultipuerto
  • Las memoriasmultipuertopermitenatender n procesadores de forma concurrente.

M1

M0

P1

P2

P1

P2

memorias multipuerto1
MemoriasMultipuerto
  • Esquema de interconexión ideal para sistemas de memoria compartida.
  • Muy ventajoso en caso de pocos CPUsy alto requerimiento de ancho de banda en transferencias CPU-Memoria.
  • No son escalables. La cantidad de CPUsestá limitada a los puertos disponibles en las Memorias.
  • Costo muy elevado.
redes de conmutaci n
Redes de conmutación
  • Para permitir mayor cantidad de procesadores, se proponenestructuras de interconexiónbasadas en redes de conmutaciónmultietapa.
redes multietapa
Redesmultietapa
  • Basadas en conmutadores de intercambioquetienen n entradas y m salidas.
  • Cadaentradapuedeconmutarhaciacualquiera de lassalidasque no estéocupada.
  • Esquema de prioridades de entradas.
ejemplo de red red delta
Ejemplo de red: Red Delta
  • Comunica p procesadores a m módulos de memoria, talque m espotencia de 2 de p.
  • La interconexión se establece en base a la dirección de memoria a acceder
ejemplo de red red omega
Ejemplo de red: Red Omega
  • Comunica p procesadores a m módulos de memoria, talquep <= m.
  • Otrosescenarios y usos.
redes de intercambio de mensajes
Redes de intercambio de mensajes
  • Habilitancomunicación entre procesadores (nodos de la red) mediantepaso de mensajes.
  • Empleoprevalece en sistemasdébilmenteacoplados.
ejemplo de red h ipercubo
Ejemplo de Red: Hipercubo
  • Procesorecursivo. Parte de una red 1D paraformaruna 2D duplicando la red anterior e interconectando los nodoshomólogos.
  • Asigna a cadanodo de la red 1D unadirección 0 , 1. Al ampliarse la red, se antepone 0 a los nodos de la primera red y 1 a los de la réplica.
ejemplo de red h ipercubo1
Ejemplo de Red: Hipercubo
  • Asignación de direccionestambiénpuedeseguircoordenadascartesianas.
  • Direcciones de nodosadyacentes solo difiere en 1 bit.
ejemplo de red h ipercubo2
Ejemplo de Red: Hipercubo
  • Algritmo de ruteopara el paso de mensajes:
    • Ruta = Direccion_Fuente Direccion_Destino.
  • Ruta describe trayectoria del paquete en los ejescoodenados.
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