Multiprocesadores

Multiprocesadores
IEC-UTM

Introducción
Arquitectura de un equipo paralelo

Paradigmas de paralelismo

Paradigma SIMD

Paradigma Vector/Array

Paradigma Sistólico

Clasificación de Flynn
Flujo único de instrucciones, flujo único de datos (SISD). Flujo único de instrucciones, flujo múltiple de datos (SIMD). Flujos múltiples de instrucciones, flujo único de datos (MISD). Flujosmúltiples de instrucciones, flujos múltiples de datos (MIMD).

SISD
Las computadoras que entran en la clasificación SISD tienen un único procesador y ejecutan una sola instrucción a la vez.

Figura A.4. Arquitectura SISD

SIMD
En esta arquitectura se tienen p procesadores idénticos, los cuales poseen una memoria local. Trabajan bajo un solo flujo de instrucciones originado por una unidadcentral de control, por lo que se tienen p flujos de datos .

Figura A.5. Arquitectura SIMD

Processor board of a CRAY YMP vector computer (operational ca. 1992-2000). The board was liquid cooled and is one vector processor with shared memory (access to one central memory)

MISD
Realizan múltiples instrucciones para un solo conjunto de datos.

Figura A.6. Arquitectura MISD

MIMD
Laarquitectura MIMD está conformada por p procesadores, p flujos de instrucciones y p flujos de datos. Cada procesador trabaja de modo asíncrono bajo el control de un flujo de instrucciones proveniente de su propia unidad de control

Figura A.7. Arquitectura MIMD

Clasificación de Flynn

¿Cómo comparten datos los procesadores paralelos ?
Existen procesadores con un único espacio dedirecciones, algunas veces llamados procesadores con memoria compartida, ofrecen al programador un único espacio de direcciones de memoria que todos los procesadores comparten. Los procesadores se comunican a través de variables compartidas en memoria, todos los procesadores tienen acceso a cualquier localidad de memoria a través de cargas y almacenamientos.

Shared Memory Systems
cada nodo tieneacceso a una amplia memoria compartida que se añade a la memoria limitada privada, no compartida, propia de cada nodo. Los sistemas con memoria compartida, tienen multiples CPU’s que comparten las mismas direcciones de memoria. Esto significa que que existe una única memoria que es accesada por todas las unidades de procesamiento. Los sistemas con memoria compartida pueden ser SIMD o MIMD, endichos casos se pueden abreviar como SM-SIMD y SM-MIMD respectivamente. Para desarrollar programas usando este paradigma, se utiliza OpenMP disponible para C(++) y Fortran

Arquitectura de un sistema SMP

Tipos de procesadores con un único espacio de direcciones
UMA (uniform memory access)
En estos sistemas todos los procesadores toman el mismo tiempo de acceso a la memoria, también sonconocidos como multiptocesadores simétricos (SMP, symmetric multiprocessors). Una computadora SMP se compone de microprocesadores independientes que se comunican con la memoria a través de un bus compartido. Dicho bus es un recurso de uso común. Por tanto, debe ser arbitrado para que solamente un microprocesador lo use en cada instante de tiempo.

NUMA (nonuniform memory access)
algunos accesos amemoria son más rápidos que otros dependiendo de cual procesador esté accesando y a cual palabra, son conocidos como multiprocesadores con acceso no uniforme a memoria

Como podría esperarse, hay mas desafíos de programación para obtener un rendimiento más alto con un multiprocesador NUMA que con un multiprocesador UMA, pero las máquinas NUMA pueden escalar a grandes tamaños y por lo tanto sonpotencialmente de un rendimiento más alto.

¿Cómo se coordinan los procesadores paralelos ?
La sincronización es un mecanismo que permite bloquear a otros procesadores mientras sólo uno tiene privilegios de escritura sobre datos compartidos. El resto de los procesadores, en caso de requerir acceso a los datos deben esperar Las operaciones de lectura no tienen problemas de sincronización....