PARALELISMO NO NÍVEL DO PROCESSADOR

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Stefany Godoi Rios
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1 UNIP Universidade Paulista. Campus Brasília. PARALELISMO NO NÍVEL DO PROCESSADOR ALUNO: Lucas da Silva Dias ALUNO: Gleidson Rosa da Silva ALUNO: Gustavo da Silva Martins ALUNO: Marcelo Nery Lima RA: C633EB-1 RA: C4559G-0 RA: C RA: C604EF-4 Turma: CC4P30 Turma: CC5P30 Turma: CC5P30 Turma: SI5P30

2 Introdução A abordagem do Paralelismo no nível do processador é fundamental para compreensão a respeito do trabalho exercido pelo processador de forma a conquista do desempenho na execução de tarefas nos computadores, e com base nessa compreensão entenderemos como funciona o paralelismo, e tipos de arquiteturas para determinados desafios que hoje se tornam cada vez maiores, com base na evolução da tecnologia. Paralelismo no nível do processador Vários processadores trabalhando em paralelo. Ao contrário do paralelismo no nível de instrução, que consegue acelerar o desempenho em até, no máximo, dez vezes, o paralelismo em nível de processador permite obter ganhos da ordem de dezenas, centenas, ou mais ainda. Computadores Matriciais: Instrução Única - Dados Múltiplos (SIMD - Single Instruction Multiple Data). Processadores Matriciais: Grande número de processadores, arranjados matricialmente, que executam a mesma sequência de instruções sobre diferentes conjuntos de dados. Uma unidade de controle distribui instruções em broadcast para todos os processadores. Unidade de Controle Instruções enviadas em broadcast Processador Memória Grade de Processador/Memória 4x4 Processador Matricial Processadores Vetoriais: Parecidos com os processadores matriciais, vários processadores compartilham uma única unidade de controle

3 Eficientes na execução de uma mesma sequência de instruções sobre pares de elementos de dados. Mais lentos que os processadores matriciais, mais com um hardware bem mais simples (e mais barato). Mais fáceis de serem programados do que os processadores matriciais. Diferentemente dos processadores matriciais, as operações lógicas e aritméticas são realizadas por uma única ULA que opera em pipeline. Baseados em ULA Vetorial opera sobre Registradores Vetoriais (registradores que podem ser carregados por meio de uma única instrução. O processamento vetorial pode ser facilmente incorporado a processadores convencionais. Instruções que podem ser vetorizadas são assim executadas bem mais rapidamente. ULA vetorial. Multiprocessadores: Ao contrário dos computadores matriciais, que compartilham uma única unidade de controle, os multiprocessadores são compostos por processadores independentes, cada qual com a sua própria unidade de controle. Instruções Múltiplas - Dados Múltiplos (MIMD Multiple Instruction Multiple Data). Processadores compartilham a mesma memória através de um barramento comum. Devem implementar técnicas que garantam a integridade dos dados compartilhados.

4 Tipicamente, o número de processadores é menor do que 64. Para números maiores, aumenta muito a probabilidade de conflito no acesso aos dados, derrubando o desempenho. Processadores podem incluir alguma memória local, de uso exclusivo, para armazenar dados e programas que não precisam ser compartilhados, de modo a minimizar conflitos. O modelo de memória compartilhada torna a sua programação extremamente fácil. Multiprocessador Multicomputadores: Ao contrário dos computadores matriciais, que compartilham uma única unidade de controle, os multicomputadores são compostos por processadores independentes, cada um com a sua própria UC. Diferentemente dos multiprocessadores, não compartilham memória (LOAD e STORE só acessam memória local). São mais fáceis de construir do que os multiprocessadores. São mais difíceis de programar do que os multiprocessadores. Constituídos por um grande número de nós, (ex.: nós). Cada nó é constituído por um ou mais processadores dotados de memória RAM local, memória secundária, dispositivos de entrada e saída e um processador de comunicação. Através dos seus processadores de comunicação, os nós são interligados por uma rede de interconexão de alto desempenho.

5 Os nós se comunicam por um sistema de troca de mensagens (primitivas send e receive). O número elevado de nós torna inviável a ligação de cada nó com todos os demais. É necessário o uso de topologias tais como grades 2D ou 3D, árvores, anéis, etc., aliadas a técnicas de roteamento de mensagens. Duas grandes categorias: I. Processadores Fortemente Paralelos (MMPs Massively Parallel Processors): baseados em redes de interconexão proprietárias de alto desempenho. II. Agrupamentos de Estações de Trabalho (COWs - Cluster of Workstations): baseados em componentes comerciais conectados através de rede comercial. a) Multicomputador típico. b) Nó típico. Conclusão Com base nas pesquisas encontramos algumas técnicas desenvolvidas para determinados fins, e com isso, compreendemos os conceitos de processadores vetoriais e matriciais, com eficiências definidas com base nos requisitos solicitados, sendo que um é basicamente mais barato e lento que o outro, cuja arquitetura compõe máquinas SIMD. Foi compreendido também que multiprocessadores várias processadores independentes, cada um com sua unidade de controle, diferente ao contrário de computadores matriciais, estes compõem máquinas MIMD. E por fim os multicomputadores, que se diferencia dos multiprocessadores basicamente por não compartilhar a mesma memória. São arquiteturas de organização computacional destinadas a mais que tarefas de usuários comuns, muito encontrados em empresas e servidores, que exigem maior eficiência. Questões 1) Sabendo que multicomputadores e multiprocessadores compartilham a mesma unidade de controle, julgue diferenças apresentadas por esses dois paralelismos e marque a alternativa correta.

6 I-Multicomputadores não compartilham memória (LOAD e STORE, só acessam memória local) II- Nos multiprocessadores o modelo de memória compartilhada torna a sua programação extremamente fácil. III- Os multicomputadores são mais difíceis de construir. a) Apenas a alternativa I b) As alternativas I e II estão corretas. c) As alternativas II e III estão corretas. d) Nenhuma das alternativas. 2) A respeito de processadores matriciais e vetoriais, marque a alternativa correta: a) Processadores matriciais são eficientes na execução de uma mesma sequência de instruções sobre pares de elementos de dados. b) Diferentemente dos processadores vetoriais, as operações lógicas e aritméticas em um processador matricial são realizadas por uma única ULA que opera em pipeline. c) Processadores matriciais são um grande número de processadores, arranjados matricialmente, que executam a mesma sequência de instruções sobre diferentes conjuntos de dados. d) Operam em máquinas de Instruções Múltiplas - Dados Múltiplos (MIMD Multiple Instruction Multiple Data). 3) A imagem caracteriza um multiprocessador, marque a alternativa falsa a respeito de multiprocessadores: a) Processadores podem incluir alguma memória local, de uso exclusivo, para armazenar dados e programas que não precisam ser compartilhados, de modo a minimizar conflitos. b) O modelo de memória compartilhada torna a sua programação extremamente fácil.

7 c) Trabalham em máquinas de Instrução Única - Dados Múltiplos (SIMD - Single Instruction Multiple Data). d) Devem implementar técnicas que garantam a integridade dos dados compartilhados. 4) Processadores vetoriais trabalham fazem parte de máquinas SIMD, julgue os itens e marque a alternativa correta. I-Baseados em ULA Vetorial opera sobre Registradores Vetoriais (registradores que podem ser carregados por meio de uma única instrução. II-O processamento vetorial pode ser facilmente incorporado a processadores convencionais. III-Eficientes na execução de uma mesma sequência de instruções sobre pares de elementos de dados. a. VVF b. FVF c. FFF d. VVV 5) Julgue a respeito de multicomputadores, e marque a alternativa correta: I- São destituídos por um grande número de nós. II-É divido em duas grandes categorias: Processadores Fortemente Paralelos (MMPs Massively Parallel Processors) e Agrupamentos de Estações de Trabalho (COWs - Cluster of Workstations). III-COWS (Cluster of Workstations) são baseados em redes de interconexão proprietárias de alto desempenho. a. VFV b. FVF c. FFF d. VVV Gabarito: 1-B 2-C 3-C 4-D 5-B

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