Procesadores

SISTEMAS ELECTRÓNICOS PARA EL TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN


 
 

Tema 9

 

Fundamentos de los sistemas multiprocesadores

 
 
 
A pesar de los constantes avances tecnológicos, la tecnología del silicio parece que está llegando a su límite. Si se pretende resolver problemas cada vez más complejos y de mayores dimensiones se deben explorar nuevas alternativastecnológicas. Una de estas es el paralelismo, que plantea obtener mayor rendimiento distribuyendo la carga computacional entre varias CPUs trabajando simultáneamente.

9.1. Introducción
Tradicionalmente, el computador se ha entendido como una máquina secuencial que requiere que, aun cuando se utilizan técnicas como segmentación, el procesador ejecute los programas procesando instrucciones máquina deuna en una. Sin embargo, esto no es así. Como hemos visto en temas anteriores, un procesador superescalar posee varias unidades de ejecución y puede aprovechar el paralelismo implícito entre instrucciones para ejecutar en paralelo varias instrucciones del mismo programa. Los procesadores paralelos son sistemas que interconectan varios procesadores para cooperar en la ejecución de un programa con elfin de aumentar las prestaciones y sacar más partido del paralelismo existente. Un sistema multiprocesador saca partido del denominado paralelismo de alto nivel, por contraposición a las técnicas ya estudiadas en temas anteriores, que utilizan el paralelismo a bajo nivel en sistemas de un solo procesador, tales como cauces segmentados o superescalares.

9.2. Clasificación
Las cuatro categoríasdefinidas por Flynn (1972) se basan en el número de instrucciones concurrentes y en los flujos de datos disponibles en la arquitectura: Una secuencia de instrucciones y una secuencia de datos (SISD: Single Instruetion, Single Data): Un único procesador interpreta una única secuencia de instrucciones para procesar los datos almacenados en una única memoria. No explota el paralelismo a nivel deinstrucción. Máquinas monoprocesador. Una secuencia de instrucciones y múltiples secuencias de datos (SIMD: Single Instruction, Multiple Data): Una única instrucción controla de forma simultánea y sincronizada un cierto número de elementos de proceso. Cada elemento tiene una memoria asociada, de forma que cada elemento ejecuta la misma instrucción con
JUAN F. GUERRERO MARTÍNEZ

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9. 1

JOSÉV. FRANCÉS VILLORA Curso 2010-2011

SISTEMAS ELECTRÓNICOS PARA EL TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN diferentes datos. Los procesadores vectoriales y matriciales pertenecen a esta categoría. Múltiples secuencias de instrucciones y una secuencia de datos (MISD: Multiple Instruction, Single Data): Se transmite una secuencia de datos a varios procesadores, cada uno de los cuales ejecuta una instruccióndiferente sobre los mismos. Esta estructura nunca se ha implementado. Multiples secuencias de instrucciones y múltiples secuencias de datos (MIMD: Multiple Instructions, Multiple data): Un conjunto de procesadores ejecuta simultáneamente instrucciones diferentes sobre conjuntos de datos diferentes. Es el caso de los sistemas distribuidos, bien explotando un único espacio compartido de memoria, obien uno distribuido.

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De las cuatro categorías, las SISD y la MIMD dan lugar a implementaciones paralelas.

figura 9.1. Clasificación de las arquitecturas paralelas.

Los computadores MIMD se subdividen según el mecanismo de comunicación entre los procesadores (Figura 9.1). Si los procesadores comparten una memoria común, cada procesador accede a programas y datos a través de dichamemoria común compartida, que además se utiliza para la comunicación entre procesadores. La forma más común de este tipo de sistemas es el denominado ‘multiprocesador simétrico (SMP)’. En un SMP, varios procesadores comparten una única memoria mediante un bus compartido u otro tipo de mecanismo de interconexión. Una característica distintiva de estos sistemas es que el tiempo de acceso a memoria...