Procesamiento

Procesamiento Paralelo
Arquitecturas de Computadoras Paralelas
Javier Iparraguirre
Universidad Tecnol´gica Nacional, Facultad Regional Bah´ Blanca
o
ıa
11 de Abril 461, Bah´ Blanca, Argentina
ıa
javierip@ieee.org
http://www.frbb.utn.edu.ar/hpc/

March 22, 2011

Elementos M´
ınimos de una Computadora Paralela [1]

◮

Hardware
◮
◮
◮

◮

Software del sistema
◮
◮

◮M´ltiples procesadores
u
M´ltiples memorias
u
Interconexi´n
o
Sistema operativo paralelo
Herramientas

Aplicaciones

Objetivo
Resolver el problema lo mas r´pido posible de manera eficiente
a

Dos Miradas a la Misma Realidad

◮

Organizaci´n L´gica
o o
◮

◮

Lo que ve el usuario de la m´quina a trav´s del software
a
e

Organizaci´n F´
o ısica
◮

El hardware de lam´quina
a

◮

La arquitectura f´
ısica es independiente de la arquitectura
l´gica
o

◮

Es necesario conocer el hardware si queremos que el software
corra de forma eficiente

Dos Miradas a la Misma Realidad

◮

Organizaci´n L´gica
o o
◮

◮

Lo que ve el usuario de la m´quina a trav´s del software
a
e

Organizaci´n F´
o ısica
◮

El hardware de la m´quina
a

◮

Laarquitectura f´
ısica es independiente de la arquitectura
l´gica
o

◮

Es necesario conocer el hardware si queremos que el software
corra de forma eficiente

◮

La computadora ideal es aquella que nos oculta los detalles
f´
ısicos (si la ven, avisen!)

Lo que Viene

◮

Tipos de computadoras paralelas

◮

Modelos de Memoria

◮

Interconexi´n y Topolog´
o
ıas

◮Costos comunicaciones

◮

M´tricas
e

◮

Mapeos B´sicos
a

◮

Procesadores actuales y clasificaciones

◮

Nota: Parte del material es cortes´ de
ıa
https://computing.llnl.gov/tutorials/parallel_comp/

Arquitectua von Neumann (1945)

Arquitectua von Neumann (1945)
◮

Cuatro componentes principales
◮
◮
◮
◮

memoria
Unidad de Control
Unidad aritm´tica
eEntrada/Salida

◮

I/O: memoria de acceso aleatorio para almacenar datos e
instrucciones

◮

La unidad de control trae instrucciones y datos de la memoria,
decodifica las instrucciones y secuencialmente coordina las
operaciones para llevar a cabo la tarea programada

◮

La Unidad aritm´tica realiza las operaciones aritm´ticas
e
e
b´sicas
a

◮

La entrada/salida es la interfaz con elhumano

◮

Cache: ¿Ideas? ¿Comentarios? ¿Saben porqu´?
e

Taxonom´ de Flynn (1966)
ıa

◮

Se separan las instrucciones y los datos en dos dimensiones

◮

Pueden ser simples o multimples

◮

SISD: Single Instruction, Single Data

◮

SIMD: Single Instruction, Multiple Data

◮

MISD: Multiple Instruction, Single Data

◮

MIMD: Multiple Instruction, Multiple Data

SISD◮

Una computadora serie (no hay paralelismo)

◮

Instrucci´n simple: solo una instrucci´n ejecutada por el CPU
o
o
durante cualquier ciclo del reloj

◮

Datos simples: solo una secuencia de datos es usada como
entrada durante cualquier ciclo de reloj

◮

Ejecuci´n determin´
o
ıstica

◮

El modelo m´s antiguo de la computaci´n
a
o

◮

Ejemplos: los primerosmainframes, la mayor´ de los m´viles,
ıa
o
las primeras PCs

SISD

SIMD

◮

Un tipo de computadora paralela

◮

Instrucci´n simple: solo una instrucci´n ejecutada por el CPU
o
o
durante cualquier ciclo del reloj

◮

Datos m´ltiples: cada unidad de procesamiento puede operar
u
sobre un conjunto de datos diferente

◮

Se adapta muy bien en problemas con un alto grado deregularidad, tales como gr´ficos/im´genes
a
a

◮

Ejecuci´n sincr´nica y determin´
o
o
ıstica

◮

Dos variantes: arreglo de procesadores o unidades vectoriales

◮

Las unidades de procesamiento de gr´ficos (GPUs) emplean
a
unidades de procesamiento SIMD

SIMD

MISD

◮

Una secuencia de datos unica es provista a unidades de
´
procesamiento m´ltiples
u

◮

Cada unidad...