Unidad IV

Unidad IV: Procesamiento paralelo
4.1 Aspectos básicos de la computación paralela
La computación paralela es una forma de cómputo en la que muchas instrucciones se ejecutan
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simultáneamente, operando sobre el principio de que problemas grandes, a menudo se pueden
dividir en unos más pequeños, que luego son resueltos simultáneamente (en paralelo). Hay varias
formas diferentes de computaciónparalela: paralelismo a nivel de bit, paralelismo a nivel de
instrucción, paralelismo de datos y paralelismo de tareas. El paralelismo se ha empleado durante
muchos años, sobre todo en la computación de altas prestaciones, pero el interés en ella ha
crecido últimamente debido a las limitaciones físicas que impiden el aumento de la frecuencia.
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n.

Como el consumo de energía —y por consiguiente lageneración de calor— de las

computadoras constituye una preocupación en los últimos años,

n. 23

la computación en paralelo se

ha convertido en el paradigma dominante en la arquitectura de computadores, principalmente en
forma de procesadoresmultinúcleo.

n. 3 4

Las computadoras paralelas pueden clasificarse según el nivel de paralelismo que admite
su hardware: equipos con procesadoresmultinúcleo y multi-procesador que tienen múltiples
elementos de procesamiento dentro de una sola máquina y los clústeres, MPPS y grids que utilizan
varios equipos para trabajar en la misma tarea. Muchas veces, para acelerar la tareas específicas,
se utilizan arquitecturas especializadas de computación en paralelo junto a procesadores
tradicionales.
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Los programas informáticos paralelos son másdifíciles de escribir que los secuenciales, porque la
concurrencia introduce nuevos tipos de errores de software, siendo las condiciones de carrera los
más comunes. La comunicación y sincronización entre diferentes subtareas son algunos de los
mayores obstáculos para obtener un buen rendimiento del programa paralelo.
La máxima aceleración posible de un programa como resultado de la paralelización seconoce
como la ley de Amdahl.

4.2 Tipos de computación paralela
Paralelismo a nivel de bit
Desde el advenimiento de la integración a gran escala (VLSI) como tecnología de
fabricación de chips de computadora en la década de 1970 hasta alrededor de

1986, la aceleración en la arquitectura de computadores se lograba en gran
medida duplicando el tamaño de la palabra en la computadora, la cantidad deinformación que el procesador puede manejar por ciclo.18 El aumento del tamaño
de la palabra reduce el número de instrucciones que el procesador debe ejecutar
para realizar una operación en variables cuyos tamaños son mayores que la
longitud de la palabra. Por ejemplo, cuando un procesador de 8 bits debe sumar
dos enteros de 16 bits, el procesador primero debe adicionar los 8 bits de orden
inferior decada número entero con la instrucción de adición, a continuación,
añadir los 8 bits de orden superior utilizando la instrucción de adición con acarreo
que tiene en cuenta el bit de acarreo de la adición de orden inferior, en este caso
un procesador de 8 bits requiere dos instrucciones para completar una sola
operación, en donde un procesador de 16 bits necesita una sola instrucción para
podercompletarla.
Históricamente, los microprocesadores de 4 bits fueron sustituidos por unos de 8
bits, luego de 16 bits y 32 bits, esta tendencia general llegó a su fin con la
introducción de procesadores de 64 bits, lo que ha sido un estándar en la
computación de propósito general durante la última década.
Paralelismo a nivel de instrucción

Un pipeline canónico de cinco etapas en una máquina RISC (IF =Pedido de
Instrucción, ID = Decodificación de instrucción, EX = Ejecutar, MEM = Acceso a la
memoria, WB = Escritura)
Un programa de ordenador es, en esencia, una secuencia de instrucciones
ejecutadas por un procesador. Estas instrucciones pueden reordenarse y
combinarse en grupos que luego son ejecutadas en paralelo sin cambiar el

resultado del programa. Esto se conoce como paralelismo a...