Abc Dos Nativo

Aula-tema 04: Paralelismo e registradores

Através da arquitetura RISC, estudada na aula anterior, pudemos verificar que técnicas de pipeline foram desenvolvidas para aumentar a eficiência dos processamentos. Após isso, tornou-se necessário implementar mais unidades de execução simultâneas, por meio do paralelismo.

Para um processador executar determinada sequência de instruções de forma mais rápida, podemos tentar diversas abordagens. Enquanto algumas delas estão relacionadas à implementação física do processador, outras focam nas melhorias das arquiteturas como, por exemplo, adicionando o uso de paralelismo em nível de instrução. O termo “paralelismo” significa que uma arquitetura executa diversas instruções simultaneamente. Processadores deste tipo executam instruções paralelamente e de forma clara para o programador.

O paralelismo em nível de instrução, ou ILP (sigla em inglês para Instruction Level Parallelism), surgiu da necessidade em sobrepor execução de instruções e melhorar o desempenho dos processadores. Isso porque, para se ter um alto desempenho, precisamos usar hardwares mais rápidos, mas principalmente, melhorar a arquitetura dos computadores e suas técnicas de processamento. O paralelismo, como o próprio nome sugere, executa instruções em paralelo.

Computadores paralelos são sistemas que suportam processamento paralelo. Podem ser divididos em três configurações arquiteturais (HENNESSY et al, 1998).:

Pipeline, que realiza computações superpostas, a fim de explorar o paralelismo.

Arranjo de processadores, que utiliza múltiplas unidades lógicas e aritméticas síncronas, para obter paralelismo espacial.

Multiprocessadores, que implementam paralelismo assíncrono através de um conjunto de processadores interativos com compartilhamento de recursos.

O paralelismo de máquina é determinado pelo número de instruções que podem ser buscadas e executadas ao mesmo tempo (número de pipelines paralelas) e pela velocidade e eficácia dos mecanismos usados pelo processador para identificar instruções independentes. O paralelismo pode ser de 2 tipos: no nível de instrução (pipeline) ou no nível de processador (multiprocessadores). (HENNESSY & PATTERSON, 2009).

O paralelismo tem sido uma das formas mais utilizadas na busca de maior velocidade nos computadores e pode ser introduzido em diferentes níveis, do mais baixo até o mais alto. O paralelismo, no qual uma instrução ou uma sequência de instruções emite múltiplas operações que podem ser executadas em paralelo por diferentes unidades funcionais, pode ser definido como de nível baixo e fortemente acoplado. Uma técnica muito usada para paralelismo em nível de instrução é o pipeline, que basicamente divide as instruções em etapas e tem por objetivo tornar o computador mais rápido.

O modo mais simples e comum de aumentar a quantidade de paralelismo disponível entre instruções é o paralelismo entre interações de um loop, chamado de paralelismo de nível de loop. Podemos explorar o paralelismo durante a execução ou durante a compilação ou ainda por instruções vetoriais.

Há ainda três tipos de dependências entre instruções:

Dependência de dados: basicamente se fundamenta no fluxo de dados entre instruções;

Dependência de nomes: acontece quando duas instruções usam o mesmo registrador ou mesma posição na memória (que chamamos de nome), embora não haja transferência de dados entre as instruções relacionadas a este nome.

Dependência de controle: que determina a ordenação de certa instrução em relação ao seu controle, de forma que garanta que esta instrução seja executada corretamente, fazendo assim que toda instrução seja dependente do controle de desvio.

No escalonamento