Aic Intro

Cap´ıtulo 4
Introducci´
on a las arquitecturas
paralelas
Hasta este momento se ha estudiado el procesamiento a nivel del procesador. Se
ha visto ya que la segmentaci´on es un primer mecanismo de paralelismo, ya que varias
instrucciones consecutivas son ejecutadas de forma solapada casi en paralelo. Tambi´en
se vio que los procesadores superescalares realizan tambi´en procesamiento paralelo allanzar dos o m´as instrucciones al mismo tiempo gracias a la presencia de varios cauces
paralelos.
Sin embargo, todos estos sistemas est´an basados en la arquitectura Von Neumann
con un procesador y memoria donde se guardan datos y programa, es decir, una m´aquina secuencial que procesa datos escalares. Esta arquitectura se ha ido perfeccionando
incluyendo el paralelismo de las unidades de control,de c´alculo, etc., pero sigue siendo
una m´aquina de ejecuci´on con un u
´nico flujo de instrucciones.
No hay una frontera definida entre la arquitectura monoprocesador y las masivamente paralelas. De hecho, las actuales arquitecturas monoprocesador son realmente
m´aquinas paralelas a nivel de instrucci´on. La evoluci´on de la arquitectura basada en
monoprocesador ha venido ligada con la creaci´onde m´as y mejores supercomputadores
que ten´ıan que librarse del concepto de monoprocesador para poder hacer frente a las
demandas de computaci´on.
El primer paso hacia la paralelizaci´on de las arquitecturas de los computadores,
se da con la aparici´on de los procesadores o sistemas vectoriales. Los procesadores
vectoriales extienden el concepto de paralelismo por segmentaci´on al tratamiento degrandes cadenas de datos. El hecho de que los procesadores segmentados hayan venido
asociados a los supercomputadores paralelos, los pone en la entrada a lo que son los
sistemas paralelos, si bien siguen siendo una extensi´on del concepto de segmentaci´on.
Por todo esto, el resto de cap´ıtulos van a ir dedicados de alguna u otra manera
a supercomputadores paralelos. Se empieza por los procesadoresvectoriales y se contin´
uan por los sistemas basados en m´
ultiples procesadores, o fuertemente acoplados
(multiprocesadores con memoria compartida), o moderadamente acoplados (multiprocesadores con memoria local), o bien d´ebilmente acoplados como los multicomputadores
o sistemas distribuidos.
En cuanto a este cap´ıtulo se repasar´an los conceptos b´asicos sobre sistemas paralelos,supercomputadores y su clasificaci´on. La bibliograf´ıa para este cap´ıtulo es muy
Ingenier´ıa Inform´atica

Universidad de Valencia

2

Introducci´on a las arquitecturas paralelas

amplia ya que en cualquier libro de arquitectura vienen los conceptos b´asicos sobre arquitecturas paralelas, aunque por ejemplo se recomienda la clasificaci´on de los sistemas
en [Zar96], o las introducciones a estos temasparalelos de [Hwa93] o [HP96].

4.1.

Clasificaci´
on de los sistemas paralelos

4.1.1.

Clasificaci´
on de Flynn

Probablemente la clasificaci´on m´as popular de computadores sea la clasificaci´on de
Flynn. Esta taxonom´ıa de las arquitecturas est´a basada en la clasificaci´on atendiendo
al flujo de datos e instrucciones en un sistema. Un flujo de instrucciones es el conjunto
de instruccionessecuenciales que son ejecutadas por un u
´nico procesador, y un flujo de
datos es el flujo secuencial de datos requeridos por el flujo de instrucciones. Con estas
consideraciones, Flynn clasifica los sistemas en cuatro categor´ıas:
SISD (Single Instruction stream, Single Data stream) Flujo u
´nico de instrucciones y
flujo u
´nico de datos. Este el concepto de arquitectura serie de Von Neumann
donde, encualquier momento, s´olo se est´a ejecutando una u
´nica instrucci´on. A
menudo a los SISD se les conoce como computadores serie escalares. Todas las
m´aquinas SISD poseen un registro simple que se llama contador de programa
que asegura la ejecuci´on en serie del programa. Conforme se van leyendo las
instrucciones de la memoria, el contador de programa se actualiza para que apunte
a la siguiente...