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Introducción al paralelismo y organización de un computador




Enviado por Pablo Turmero



Partes: 1, 2

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    Qué es la arquitectura de computadores
    Anticipación, paralelismo y segmentación
    Clasificación de Flynn
    Máquinas MIMD
    Multiprocesadores
    Multicomputadores
    Supercomputadores:
    Computadores vectoriales
    Computadores SIMD
    Entornos de programación:
    Paralelismo implícito
    Paralelismo explícito
    Evolución de las arquitecturas de procesadores
    1
    RESUMEN

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    ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
    Versa sobre la organización del hardware y los requisitos de programación / software.
    Enganche entre el código ensamblador y el hardware.
    Hardware: CPUs, caches, buses, registros, pipelines, etc.
    Software: juego de instrucciones (código de operación, registros, modos de direccionamiento, etc.).
    2

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    INSTRUCCIONES
    3
    x = (a + b) – c;
    ADR r4,a ; get address for a
    LDR r0,[r4] ; get value of a
    ADR r4,b ; get address for b, reusing r4
    LDR r1,[r4] ; get value of b
    ADD r3,r0,r1 ; compute a+b
    ADR r4,c ; get address for c
    LDR r2,[r4] ; get value of c
    SUB r3,r3,r2 ; complete computation of x
    ADR r4,x ; get address for x
    STR r3,[r4] ; store value of x
    C:
    Assembler:

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    VON NEUMAN
    4
    Mismo almacenamiento para instrucciones y para datos
    La mayoría de las computadoras modernas
    (Gp:) CPU
    (Gp:) Memoria Principal
    (Gp:) Sistemas de
    Entrada/Salida
    (Gp:) ALU
    (Gp:) Unidad de Control
    (Gp:) Registros
    (Gp:) Contador de Programa

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    EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES
    5
    Instr
    Fetch
    Reg
    ALU
    Data
    Access
    Reg
    Instr
    Fetch
    Reg
    ALU
    Data
    Access
    Reg
    Instr
    Fetch
    Instr.
    Fetch
    Reg
    ALU
    Data
    Access
    Reg
    Instr.
    Fetch
    Reg
    ALU
    Data
    Access
    Reg
    8ns
    9ns
    Instr.
    Fetch
    Reg
    ALU
    Data
    Access
    Reg
    Idle
    Decodification
    2ns
    2ns
    2ns
    Secuencial
    Segmentación
    I1
    I2
    I3
    I1
    I2
    I3
    etc.
    etc.

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    ANTICIPACIÓN, PARALELISMO Y SEGMENTACIÓN
    6
    SEGMENTACIÓN
    Descomponer la ejecución de cada instrucción en varias etapas para poder empezar a procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez.

    ANTICIPACIÓN
    Búsqueda "anticipada" de instrucciones para superponer las fases de búsqueda, descodificación y ejecución.

    PARALELISMO FUNCIONAL: tareas que se pueden ejecutar al mismo tiempo.
    Espacial: replicación de hardware.
    Temporal: solapamiento de operaciones funcionales en el tiempo, segmentación.

    PARALELISMO DE DATOS
    Se ejecuta una instrucción sobre un conjunto de datos.

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    PARALELISMO A NIVEL DE MÁQUINA VS PROCESADOR
    El paralelismo en los computadores ha tenido dos aspectos que han evolucionado en paralelo:
    Paralelismo a nivel de máquina:
    En este nivel se distinguen diferentes tipos de organización de máquinas que en este curso se mencionan y se ampliarán en cursos posteriores.
    Paralelismo a nivel de procesador:
    En este nivel se pueden estudiar una serie de avances organizativos que han conducido a una mejora en la eficiencia.
    El curso de organización de computadores se centrara en este nivel.
    7

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    8
    Evolución de la Arquitectura de Computadores
    Escalar
    Secuencial
    Anticipación
    Solapamiento E/S
    Paralelismo Funcional
    UF Múltiples
    Segmentación
    Vectoriales Implícitos
    Vectoriales Explícitos
    Mem-mem
    Reg-reg
    SIMD
    MIMD
    Multicomputadores
    Multiprocesadores
    Procesadores Asociativos
    Arrays de Procesadores

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    CLASIFICACIÓN DE FLYNN
    Se considera:
    Flujo de instrucciones: secuencia de instrucciones ejecutadas por la máquina.
    Flujo de datos: secuencia de datos, tanto de entrada como resultados finales e intermedios.
    SISD (single instruction stream over a single data stream).
    SIMD (single instruction stream over multiple data stream).
    MIMD (multiple instruction streams over multiple data streams).
    MISD (multiple instruction streams and a single data streams).
    9
    (Gp:) MIMD
    (Gp:) MISD
    (Gp:) MÚLTIPLE
    (Gp:) SIMD
    (Gp:) SISD
    (Gp:) ÚNICO
    (Gp:) MÚLTIPLE
    (Gp:) ÚNICO
    (Gp:) Flujo de datos
    Flujo de instrucciones

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    ARQUITECTURA SISD
    10
    Corresponde a un uni-procesador.
    Puede estar segmentado o no.

    Imagen de Hwang, 1993

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    ARQUITECTURA SIMD
    Corresponde a procesadores vectoriales / matriciales.
    Una única memoria de instrucciones y varias memorias de datos (distribuidas).
    Control centralizado y operaciones distribuidas.
    11
    Interconnection
    Network
    (ICN)
    Imagen de Hwang, 1993

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    ARQUITECTURA MIMD
    Memoria compartida.
    Procesadores con paralelismo intrínseco.
    Ordenadores multi-procesador.
    12
    Imagen de Hwang, 1993

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