Arquitetura De Computadores

Arquiteturas Paralelas

Nos computadores convencionais, é um programa de um conjunto de instruções que são transmitidos para a unidade de processamento a ser executadas sequencialmente. Estes computadores têm, geralmente, um único processador e, apesar de ter mais de um, executar tarefas sequencialmente. O conceito de programação paralela está diretamente associado com computadores paralelos, ou computadores que possuem várias unidades de processamento capazes de executar programas, paralelamente, aumenta a velocidade e a capacidade do sistema. Neste caso, temos instruções sendo executadas em diferentes processadores ao mesmo tempo, ainda tem a troca de informações entre os processadores.

Resumo

Nos computadores convencionais, um programa é um conjunto de instruções que são transmitidas à unidade de processamento para serem executadas de forma seqüencial. Esses computadores em geral possuem um único processador e mesmo possuindo mais de um, executam tarefas seqüencialmente. O conceito de programação paralela está diretamente associado a computadores paralelos, ou seja, computadores que possuem varias unidades de processamento com capacidade de executar programas em paralelo aumentando a velocidade e a capacidade do sistema. Neste caso temos instruções sendo executadas em processadores diferentes ao mesmo tempo, além disso, ainda tem a troca de informações entre os processadores.

Introdução

O grande interesse por problemas cada vez mais complexos tem levado a necessidade de computadores cada vez mais potentes para resolvê-los. Entretanto, limitações físicas e econômicas têm restringido o aumento da velocidade dos computadores seqüenciais, ou seja, computadores que executam instruções em série, uma após a outra pela CPU. Por outro lado, os problemas computacionais usualmente podem ter algumas de suas partes dividida em pedaços que poderiam ser solucionados ao mesmo tempo, ou processada em paralelo. Processamento paralelo é então uma forma pela qual a demanda computacional é suprida através do uso simultâneo de recursos computacionais como processadores para solução de um problema.

A computação paralela é caracterizada pelo uso de várias unidades de processamento ou processadores para executar uma computação de forma mais rápida. É baseada no fato de que o processo de resolução de um problema pode ser divido em tarefas menores, que podem ser realizadas simultaneamente através de algum tipo de coordenação.

Objetivo

O objetivo deste trabalho é mostrar as várias interfaces de processamento paralelo, mostrando vantagens e desvantagens dessa técnica.

Modelos de Comunicação

Os modelos de arquitetura de computadores são classificados pelo fluxo de instruções e dados que se apresentam. Essa classificação é definida como taxonomia de Flynn (Flynn, 1972). Ela fica divida em quatro categorias: SISD, SIMD, MISD e MIMD.

Taxionomia

Michael J. Flynn criou um dos primeiros sistemas de classificação para computadores e programas paralelos e seqüenciais, atualmente conhecida como taxonomia de Flynn. O cientista classificou os programas e computadores por quantidade de fluxos de instruções, e por quantidade de dados usados por tais instruções.

A classificação SISD equivale a um programa inteiramente seqüencial, e a classificação SIMD é análoga a fazer a mesma operação repetidamente por um grande conjunto de dados. A classificação MISD raramente é usada, já os programas MIMD são os programas paralelos mais comuns. A seguir será descrito mais detalhadamente essas quatro categorias.

SISD (Single Instruction Single Data)

Conhecido como fluxo único de instruções sobre um único conjunto de dados é o caso das máquinas convencionais com uma CPU. Essa arquitetura é conhecida também como Von Neumann.

SIMD (Single Instruction Strem Multiple Data Stream)

Corresponde ao caso das arquiteturas vetoriais onde a mesma operação é executada sobre múltiplos operandos.

MISD (Multiple Instruction, Single Data)

Um seqüência de dados é transmitida para um conjunto de processadores, onde cada um executa uma seqüência de instrução diferente.Essa estrutura nunca foi implementada.

MIMD (Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream)

Os multiprocessadores têm uns casos onde várias instruções podem ser executadas ao mesmo tempo em unidades de processamento diferentes controladas por unidades de controle independentes (uma para cada unidade de processamento). Os SMPs, clusters e sistemas NUMA pertencem a essa categoria.

Redes de Conexão

Os componentes que compõem uma conexão paralela são: CPU’s, módulos de memória, interfaces, links, switches.

As interfaces são módulos que pegam as mensagens da CPU e da memória, é geralmente um circuito integrado ou placa conectada ao barramento local de cada CPU.

Os links são canais físicos por onde os bits passam, podem ser simplex, half duplex ou full duplex.

Switches são dispositivos com várias portas de entrada e várias portas de saída ultilizado para fazer roteamento de pacotes.

As redes de trabalho NOW (Network of workstations)

São constituídas de várias estações de trabalho interligadas por uma tecnologia tradicional de rede, como ethernet e atm. Na prática são redes locais utilizadas na execução de aplicações paralelas. Podem ser vistas como máquinas NORMA de baixo custo, ou seja, esta é uma solução significativamente mais barata em relação aos MPPs.

Os MPPs(Massively Parallel Processors) são multicomputadores NORMA contituídos com vários processadores comerciais conectados por uma rede de alta velocidade. O alto desempenho é garantido com o grande número de processadores.

A diferença da NOW para as MPP é na hierarquia de barramento utilizada nas estações, por possuir um disco local (DL) nos nós e na rede de interconexão.