Arquitectura de maquina

PARALELISMO DE INSTRUCCIONES

La evolución en la arquitectura de procesadores, permitió que la ejecución de instrucciones en simultáneo pasara de ser algo imaginario a algo real.
En sus inicios los procesadores solo podían ejecutar una instrucción por ciclo de reloj. La multitarea y la ejecución de procesos en paralelo, era el objetivo por lograr. Claro está que en esos momentos laslimitaciones de hardware eran muchas. El tamaño de la memoria de acceso aleatorio, era una de las principales. Con el avance en la arquitectura de las computadoras, la investigación y el diseño sofisticado de procesadores, se construye paso a paso la capacidad de multiprocesamiento y la ejecución de múltiples instrucciones por ciclo de reloj. El ciclo de reloj consiste en la unidad de medida utilizada paramedir la velocidad en la que un procesador ejecuta las instrucciones básicas. Con el arribo de máquinas con procesadores multinúcleo el tema del paralelismo ha tomado mayor relevancia; el manejo de hilos de ejecución, métodos de sincronización y concurrencia consisten en temas fundamentales que no pueden ser obviados en la creación de aplicaciones de alto nivel. Existen diversos tipos deparalelismo, entre los que destacan el paralelismo a nivel de bit, paralelismo por datos, paralelismo por control y el paralelismo a nivel de instrucción.
El paralelismo a nivel de instrucción se utilizó por primera vez en las arquitecturas computacionales, como un medio para agilizar el código de máquina secuencial ordinario. La pregunta clave en su momento fue: ¿qué tan rápido puede ejecutarse unprograma en un procesador con paralelismo a nivel de instrucción?
Gracias a la investigación, se obtuvo la conclusión de que la respuesta dependía de 4 premisas:

1. El paralelismo potencial en el programa.
2. El paralelismo disponible en el procesador.
3. Capacidad del programador de extraer el paralelismo del programa secuencial original.
4. Capacidad del programador para encontrar la mejorcalendarización en paralelo, dadas las restricciones de programación.
Paralelismo a nivel de instrucción es una medida de la cantidad de las operaciones en un programa de ordenador se puede realizar al mismo tiempo. El solapamiento potencial entre las instrucciones que se llama paralelismo a nivel de instrucción.
Nivel de Hardware obra sobre el paralelismo dinámico mientras que el nivel desoftware funciona en paralelismo estática. El procesador Pentium trabaja en la secuencia dinámica de ejecución en paralelo, pero el procesador Itanium trabaja en el paralelismo a nivel estático.
Ejemplo:
 e = a b
 f = c d
 m = e * f
Operación 3 depende de los resultados de las operaciones 1 y 2, por lo que no se puede calcular hasta que ambos de ellos se han completado. Sin embargo, lasoperaciones 1 y 2 no dependen de ninguna otra operación, por lo que se pueden calcular de forma simultánea. Si asumimos que cada operación se puede completar en una unidad de tiempo, entonces estas tres instrucciones se pueden completar en un total de dos unidades de tiempo, dando un ILP de 3/2.
Uno de los objetivos del compilador y el procesador de diseñadores es identificar y aprovechar tantoILP posible. Programas ordinarios se escriben típicamente bajo un modelo de ejecución secuencial donde las instrucciones se ejecutan, uno tras otro y en el orden especificado por el programador. ILP permite al compilador y el procesador se superpongan la ejecución de instrucciones múltiples o incluso para cambiar el orden en que se ejecutan las instrucciones.
Técnicas de micro-arquitectónicos quese utilizan para explotar ILP incluyen:
Canalización de instrucciones en la ejecución de instrucciones múltiples puede ser parcialmente solapado.
Ejecución superescalar, VLIW, y los conceptos de computación de instrucciones explícitamente paralelas estrechamente relacionados, en los que se utilizan múltiples unidades de ejecución para ejecutar varias instrucciones en paralelo.
Fuera de...