ARQUITECTURAS MULTINUCLEO

ARQUITECTURA DE DE COMPUTADORAS

PROFESOR: TRABAJO: “ANALIZAR

Y COMPRENDER EL FUNCIONAMIENTO DE UNA ARQUITECTURA MULTINUCLEO, MULTIHILO” PRESENTAN:

FECHA:

VO.BO ……………………………………………

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Contenido OBJETIVO ............................................................................................................................................. 3 INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................................. 3 DEFINICION Y APLICACIONES DE LAS ARQUITECTURAS MULTINÚCLEO ............................................. 4 PROCESADOR MULTINUCLEO (PARALELISMO): .................................................................................. 5 TECNOLOGIA MULTINUCLEO EN LOS VIDEOJUEGOS: ......................................................................... 6 EXPLICACION EXPLICAC ION SIMPLE DE LA TECNOLOGÍA MULTINUCLEO .................................. ................ .................................... .............................. ............ 6 PROBLEMAS DE TECNOLOGIA MULTINUCLEO: ................................................................................... 7 EL RETO DE LOS PROCESADORES MULTINUCLEO. .............................................................................. 8 MULTIPROCESAMIENTO...................................................................................................................... 8 MULTIPROCESAMIENTO SIMÉTRICO: ................................................................................................. 8 ORGANIZACIÓN DEL MULTIPROCESAMIENTO. ................................................................................. 10 Tiempo Compartido o Bus Común (o Conductor Común) ........................................................ 10 Matriz de Barras Cruzadas e Interruptores ............................................................................... 11 Almacenamiento de Interconexión Múltiple ............................................................................ 11 MULTITAREA Y MULTIHILO ............................................................................................................... 12 MULTIUSUARIO ................................................................................................................................. 14 SISTEMAS OPERATIVOS MULTIUSUARIOS......................................................................................... 15 DIFERENCIA ENTRE MULTIUSUARIO - MONO USUARIO. .................................................................. 16 SOFTWARE MULTIUSUARIO. ............................................................................................................. 16 MULTIPROGRAMACIÓN .................................................................................................................... 17 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 20 Cuestionario ...................................................................................................................................... 21 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................... 25

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OBJETIVO. Describir algunos de los tipos de las tecnologías multinucleo con sus características y sus aplicaciones en los campos de la industria o la sociedad.

INTRODUCCIÓN. El desarrollo de tecnologías más eficientes y capaces, es el fin de todos los diseñadores y compañías fabricantes en el mercado, y con esto acaparar todo gran incremento de la tecnología a la vida cotidiana, ¿Qué más se puede hacer por mejorar la agilidad de las tareas y aplicaciones de las computadoras actuales?... Hoy en día la respuesta es incrementar su velocidad, capacidad y disminuir su tiempo de respuesta. Ya que la gran demanda por parte de los usuarios y los desarrollos a gran escala no van de la mano, y todos buscan disminuir tareas y costos, y la solución más correcta que es la que define el texto. Realizar más tareas en un mismo tiempo. Así es como surge la tecnología multi, operar diferentes tareas, aplicaciones,

funciones etc. En un periodo simultaneo o por medio de “semáforos” (por parte de los programadores), organizar los procesos de la computadora o todo dispositivo que utilice un procesador. Aunque todo gran descubrimiento tiene sus dificultades, (una de ellas es la capacitación de los desarrolladores que no estarán en un futuro a la par con las nuevas tecnologías) el método multi y todas sus aplicaciones son la solución a los enigmas para mejorar el rendimiento de una computadora.

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DEFINICION Y APLICACIONES DE LAS ARQUITECTURAS MULTINÚCLEO Las arquitecturas multinúcleo, aquellas que cuentan con más de un motor de procesamiento en un único chip, ya se han convertido en el método más habitual de aumentar las prestaciones de un dispositivo al tiempo que se mantiene a raya el consumo energético. Por su parte, los chips polinúcleo son más una línea de diseño, pues en lugar de añadir núcleos de forma incremental siguiendo un enfoque tradicional, pasa por reinventar el diseño de chips partiendo de la premisa de que el aumento del número de núcleos es la nueva estrategia prioritaria. Hoy, los procesadores multinúcleo y polinúcleo cumplen un sinfín de aplicaciones en un amplio abanico de campos industriales, incluyendo nuevos y sorprendentes usos que surgen en el frenético campo de la computación para elevadas cantidades de núcleos. Aquíse describen algunas de las más recientes aplicaciones descubiertas para esta tecnología, así como herramientas de software  y técnicas de programación que están ayudando a los desarrolladores a aprovechar la potencia de la computación multinúcleo y polinúcleo en varias áreas clave, incluyendo las siguientes:

Aplicaciones Web más rápidas: extender JavaScript empleando funciones de programación de paralelización de datos, empleando el motor experimental de código abierto Parallel JS que Intel Labs y fotografía, la simulación de física y los   juegos 3D, tanto para ordenadores acaba de liberar. Este motor permitiría crear toda una nueva categoría de aplicaciones basadas en navegadores Web para campos tan diversos como la edición de vídeo portátil y sobremesa, como para Ultrabooks. Servicios en la nube más ágiles: mejoras punteras en solicitudes realizadas por segundo para aplicaciones cargadas en memoria empleando las posibilidades multinúcleo de la segunda generación de procesadores IntelCore. Esto permitirá a las Webs más importantes de Internet agilizar la respuesta de sus aplicaciones Web, minimizando los tiempos de espera del usuario a la hora de ofrecerle datos de importancia crítica. Mejoras en la seguridad de los ordenadores cliente: servicios de reconocimiento facial y de cifrado paralelizado que permitirían mejorar la seguridad en ordenadores personales Ultrabooks, portátiles y de sobremesa, al ~4~

aprovechar al máximo toda la arquitectura y los núcleos gráficos de la segunda generación de procesadores IntelCore, de forma heterogénea.

Infraestructuras inalámbricas menos costosas: programas experimentales que buscan sustituir los sistemas de hardware  basados en estaciones y antenas de móviles, que son costosos y requieren ser diseñados a medida. Estos serían sustituidos por una alternativa basada en software  para PC, completamente programable y mucho menos costosa. Ciencia al máximo nivel: descubrir los misterios del universo empleando baterías de sistemas con procesadores multinúcleo de Intel en el CERN, con lo que se mejora enormemente las prestaciones de sus aplicaciones de física de alta energía y se podrá adaptar su código para la gama de productos basados en la arquitectura ManyIntegratedCore (MIC o Procesador de Múltiples Núcleos Integrados), de próximo lanzamiento.

PROCESADOR MULTINUCLEO (PARALELISMO): Un microprocesador multinúcleo es aquel que combina dos o más procesadores independientes en un solo paquete, a menudo un solo circuito integrado. Un dispositivo de doble núcleo contiene solamente dos microprocesadores independientes. En general, los microprocesadores multinúcleo permiten que un dispositivo computacional exhiba una cierta forma del paralelismo a nivel de thread(thread-levelparallelism ) (TLP) sin incluir múltiples microprocesadores en paquetes físicos separados. Esta forma de TLP se conoce a menudo como multiprocesamiento a nivel de chip ( chip-levelmultiprocessing ) o CMP.

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TECNOLOGIA MULTINUCLEO EN LOS VIDEOJUEGOS: Durante años los desarrolladores de videojuegos se han aprovechado de procesadores cada vez más rápidos proporcionados por Intel o AMD. Años de maestría a la hora de programar videojuegos pero que lamentablemente va a cambiar. ¿La razón? Los procesadores multinucleo. El problema de crear procesadores más veloces es el calor. A mayor velocidad más calor y ha llegado un momento en el que no han podido o sabido disipar tanto calor, o al menos de forma práctica para llevarla posteriormente al usuario final. La solución más lógica y segura ha sido crear procesadores con varios núcleos y dividir así la potencia del procesador “por partes” bajando a cambio la velocidad. Este nuevo diseño en los procesadores obliga a los creadores y desarrolladores de videojuegos a cambiar radicalmente la forma de plantear un videojuego, sobre todo en el aspecto técnico. A primera vista la reducción de velocidad del procesador a cambio de tener varios núcleos puede parecer perjudicial, pero nada más lejos de la realidad: abre las puertas a juegos mucho más complejos y potentes con posibilidades que hace tiempo no podíamos ni imaginar. Esto requiere tiempo, programar para procesadores multinucleo es difícil y costoso. Los años de experiencia de los desarrolladores, aunque validos, han de cambiar y pueden pasar años hasta que veamos juegos de PC que aprovechen todas las virtudes de los procesadores multinucleo, al igual que pasará con PlayStation 3 y Xbox 360, que aunque con arquitecturas bien diferentes poseen procesadores de estas características. Sin duda, aunque ahora no nos demos cuenta, el futuro está en los procesadores multinucleo y tanto Microsoft como Sony han sabido adelantarse colocando en sus maquinas dichos procesadores cada una a su manera. Dentro de varios años veremos los resultados, ahora toca esperar con esperanza grandes juegos para nuestra PlayStation 3 o Xbox 360.

EXPLICACION SIMPLE DE LA TECNOLOGÍA MULTINUCLEO Cada día que pasa se desarrollan programas que envían múltiples instrucciones que se tienen que procesar simultáneamente. Estos programas toman miles de millones de decisiones en un segundo, especialmente mientras se ejecutan programas exigentes como reproducción de vídeo de alta definición o programas de ingeniería.

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Los procesadores Intel Core 2 Duo incorporan dos núcleos de ejecución en un mismo paquete que ofrece, con el software adecuado, la ejecución totalmente paralela de varios subprocesos. Esto permite que cada núcleo funcione a una frecuencia menor, dividiendo la potencia normalmente asignada a un único núcleo.

El resultado para el usuario no es sólo un procesamiento más rápido. Es… bueno, ¡que tu foto ya está lista! Mientras chateas. Y has imprimido un diseño arquitectónico. La tecnología de cuatro núcleos consiste en un único procesador que cuenta con cuatro núcleos. Piensa que son cuatro cerebros que están pensando al mismo tiempo pero que pueden trabajar juntos o por separado en una tarea grande, lo que se traduce en unos resultados más rápidos y eficientes.

PROBLEMAS DE TECNOLOGIA MULTINUCLEO: Las supercomputadoras, potentísimas máquinas que sólo están a disposición de unos pocos y privilegiados centros de investigación, pronto tendrán un rendimiento aún mayor, aprovechando más y más la computación multinúcleo. El mismo concepto de computación podría dotar de capacidades asombrosas a los ordenadores domésticos; pero hay un problema: el software de uso común, no sirve, y habrá que empezar desde cero, quizá incluso con nuevos lenguajes de programación. A pesar de la promesa de un poder computacional casi inimaginable, incluso los expertos se preguntan si los diseñadores de hardware han ido demasiado lejos esta vez, tan por delante de muchos creadores de software, que la nueva capacidad de computación podría no ser aprovechable salvo en unos pocos ámbitos muy especializados. La computación en paralelo ha sido una capacidad limitada a las personas que trabajan con supercomputadoras. Esto está cambiando, ya que ahora los nuevos ordenadores de escritorio e incluso los portátiles ya pueden disponer de capacidades de computación multinúcleo. Los expertos en informática de alto rendimiento han aprendido a tratar con estas arquitecturas, pero representan sólo una fracción de los programadores. Cuando, en un futuro no muy lejano, los chips multinúcleo desplacen a los normales, todos los programadores tendrán que adaptarse a ellos

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EL RETO DE LOS PROCESADORES MULTINUCLEO. Los fabricantes de chips e integradores de sistemas han empezado ya los primeros esfuerzos, sobre todo a la hora de formar a los desarrolladores y ofrecerles las mejores herramientas para que puedan programar en entornos multinúcleo. Intel y Microsoft declararon que dedicarían 20 millones de dólares a la apertura de dos centros en las universidades de Estados Unidos para afrontar este problema. La ausencia de herramientas de programación multicore para la mayoría de los desarrolladores es, quizá, el mayor reto al que se enfrenta a día de hoy la industria.

MULTIPROCESAMIENTO. Multiprocesamiento o multiproceso es tradicionalmente conocido como el uso de múltiples procesos concurrentes en un sistema en lugar de un único proceso en un instante determinado. Como la multitarea que permite a múltiples procesos compartir una única CPU, múltiples CPUs pueden ser utilizados para ejecutar múltiples hilos dentro de un único proceso. El multiproceso para tareas generales es, a menudo, bastante difícil de conseguir debido a que puede haber varios programas manejando datos internos (conocido como estado o contexto) a la vez. Los programas típicamente se escriben asumiendo que sus datos son incorruptibles. Sin embargo, si otra copia del programa se ejecuta en otro procesador, las dos copias pueden interferir entre sí intentando ambas leer o escribir su estado al mismo tiempo. Para evitar este problema se usa una variedad de técnicas de programación incluyendo semáforos y otras comprobaciones y bloqueos que permiten a una sola copia del programa cambiar de forma exclusiva ciertos valores.

MULTIPROCESAMIENTO SIMÉTRICO: Se trata de un tipo de arquitectura de ordenadores en que dos o más procesadorescomparten una única memoria central pirobin. La arquitectura SMP (Multi-procesamiento simétrico, también llamada UMA, de UniformMemory Access ), se caracteriza por el hecho de que varios microprocesadores comparten el acceso a la memoria. Todos los microprocesadores compiten en igualdad de condiciones por dicho acceso, de ahí la denominación "simétrico". ~8~

Los sistemas SMP permiten que cualquier procesador trabaje en cualquier tarea sin importar su localización en memoria; con un propicio soporte del sistema operativo, estos sistemas pueden mover fácilmente tareas entre los procesadores para garantizar eficientemente el trabajo. Una computadora SMP se compone de microprocesadores independientes que se comunican con la memoria a través de un bus compartido. Dicho bus  es un recurso de uso común. Por tanto, debe ser arbitrado para que solamente un microprocesador lo use en cada instante de tiempo. Si las computadoras con un solo microprocesador tienden a gastar considerable tiempo esperando a que lleguen los datos desde la memoria, SMP empeora esta situación, ya que hay varios parados en espera de datos.

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ORGANIZACIÓN DEL MULTIPROCESAMIENTO. Los multiprocesadores se caracterizan por los siguientes aspectos: 





Un multiprocesador contiene dos o más procesadores con capacidades aproximadamente comparables. Todos los procesadores comparten el acceso a un almacenamiento común y a canales de Entrada / Salida, unidades de control y dispositivos. Todo está controlado por un Sistema Operativo que proporciona interacción entre procesadores y sus programas en los niveles de trabajo, tarea, paso, archivo y elementos de datos.

Las organizaciones más comunes son las siguientes:

Tiempo Compartido o Bus Común (o Conductor Común) Usa un solo camino de comunicación entre todas las unidades funcionales El bus común es en esencia una unidad pasiva. Un procesador o procesador de Entrada / Salida que desee transferir datos debe efectuar los siguientes pasos: 1. Verificar la disponibilidad del conductor y de la unidad de destino. 2. Informar a la unidad de destino de lo que se va a hacer con los datos. 3. Iniciar la transferencia de datos.

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Las unidades receptoras deben poder reconocer qué mensajes del bus son enviados hacia ellas y seguir y confirmar las señales de control recibidas de la unidad emisora.

Matriz de Barras Cruzadas e Interruptores En este caso existe un camino diferente para cada unidad de almacenamiento, por lo cual las referencias a dos unidades diferentes de almacenamiento no son bloqueantes sino simultáneas y la multiplicidad de caminos de transmisión puede proporcionar tasas de transferencia muy alta

 Almacenamiento de Interconexión Múltiple Se obtiene al sacar las lógicas de control, de conmutación y de arbitraje de prioridades fuera del interruptor de barras cruzadas y se las coloca en la interfaz de cada unidad de almacenamiento. Cada unidad funcional puede acceder a cada unidad de almacenamiento, pero ~ 11 ~

sólo en una “conexión de almacenamiento” específica, es decir que hay una conexión de almacenamiento por unidad funcional.

MULTITAREA Y MULTIHILO Muchos entornos tienen la llamada multitarea en su sistema operativo, esto es distinto al multihilo. En un sistema operativo multitarea a las tareas se les llama procesos pesados, mientras que en un entorno multihilo se les denomina procesos ligeros o hilos, la diferencia es que los procesos pesados están en espacios de direccionamiento distintos y por ello la comunicación entre procesos y el cambio de contexto es caro. Por el contrario, los hilos comparten el mismo espacio de direcciones y comparten cooperativamente el mismo proceso pesado, cada hilo guarda su propia pila, variables locales y contador de programa, por ello, la comunicación entre hilos es muy ligera y la conmutación de contexto muy rápida. Las unidades centrales de procesamiento con capacidad para multithilo (multithreading en inglés) tienen soporte en hardware para ejecutar eficientemente múltiples hilos de ejecución. El paradigma de multihilo ha llegado a ser más popular a medida que los esfuerzos para llevar más adelante el paralelismo a nivel de instrucción se han atascado desde finales de los años 1990. Esto permitió que reemergiera a una posición destacada el concepto de computación de rendimiento a partir del más especializado campo del procesamiento transaccional: 

Aunque es muy difícil acelerar un solo hilo o un solo programa, la mayoría de los sistemas de computadores son realmente multitarea entre múltiples hilos o programas.

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

Las técnicas que permitirían acelerar el rendimiento total del procesamiento del sistema en todas las tareas (tasks) darían como resultado un aumento significativo del rendimiento.

Las dos principales técnicas el multiproceso y el multihilo.

para

computación

de

rendimiento

son

Una cierta crítica del multihilo incluye: 





Los múltiples hilos pueden interferir uno con el otro al compartir recursos de hardware como cachés o TranslationLookaside Buffer (TLB). Los tiempos de ejecución de un solo hilo no son mejorados, sino por el contrario, pueden ser degradados. El soporte de hardware para multihilo es más visible al software que el multiprocesamiento, por lo tanto requiriendo más cambios tanto a las aplicaciones como el sistema operativo.

Las técnicas de hardware usadas para soportar multihilo a menudo paralelizan las técnicas de software usadas para la multitarea de los programas de computadora. En la figura que se muestra a continuación se puede ver el comportamiento interno de la aplicación para el caso Multihilo:

El usuario después de introducir los datos del algoritmo genético, selecciona el número de hilos que desea ejecutar, Estos son lanzados a través del "Padre Multihilo" que es el encargado de lanzar los hilos y esperar a que acaben, si no ~ 13 ~

ocurre ningún error, El padre multihilo devuelve el resultado a la interfaz gráfica donde el usuario podrá ver el mejor resultado que han calculado los hilos. Si ocurre algún error, el padre Multihilo se encarga de detener la ejecución del hilo que tubo el problema, y devuelve a la interfaz gráfica el resultado mejor de entre los hilos que se han ejecutado correctamente. Cada algoritmo genético lanzado en un hilo, cada cierto tiempo intercambia su mejor individuo con el mejor de un buffer dónde cada algoritmo genético pone su mejor individuo, los algoritmos en otro hilo lanzan el intercambio, y con filosofía de productor consumidor, recogerán el dato cuando esté disponible, pero no esperando a que se realice el intercambio sino comprobando cada cierto tiempo que ya pueden leer del buffer. A través de un diagrama intuitivo de clases se puede ver esquemáticamente la explicación realizada anteriormente, teniendo presente las bibliotecas donde se definen el algoritmo genético y el buffer de intercambio.

MULTIUSUARIO La palabra multiusuario se refiere a un concepto de sistemas operativos, pero en ocasiones también puede aplicarse a programas de ordenador de otro tipo (e.j. aplicaciones de base de datos). En general se le llama multiusuario a la característica de un sistema operativo o programa que permite proveer servicio y procesamiento a múltiples usuarios simultáneamente (tanto en paralelismo real como simulado). En contraposición a los sistemas monousuario, que proveen servicio y procesamiento a un solo usuario, en la categoría de multiusuario se encuentran todos los sistemas que cumplen simultáneamente las necesidades de dos o más usuarios, que comparten los mismos recursos. Actualmente este tipo de sistemas se emplean especialmente en redes, pero los primeros ejemplos de sistemas multiusuario fueron sistemas centralizados que se compartían a través del uso de múltiples dispositivos de interfaz humana (e.j. una unidad central y múltiples pantallas y teclados). Los recursos que se comparten son por lo regular una combinación de:     

Procesador. Memoria. Almacenamiento secundario (almacenaje en disco duro). Programas. Periféricos como impresoras, plotters, scanners, etc.

De tal modo que los múltiples usuarios tienen la impresión de utilizar un ordenador y un sistema operativo unificado, que les están dedicados por completo.

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SISTEMAS OPERATIVOS MULTIUSUARIOS En los sistemas operativos antiguos, la idea de multiusuario guarda el significado original de que éste puede utilizarse por varios usuarios al mismo tiempo, permitiendo la ejecución concurrente de programas de usuario. Aunque la idea original de tiempo compartido o el uso de terminales tontas no es ya el más utilizado. Esto debido a que los ordenadores modernos pueden tener múltiples procesadores, o proveer sus interfaces de usuario a través de una red, o en casos especiales, ya ni siquiera existe un solo ordenador físico proveyendo los servicios, sino una federación de ordenadores en red o conectados por un bus de alta velocidad y actuando en concierto para formar un cluster. Desde el principio del concepto, la compartición de los recursos de procesamiento, almacenaje y periféricos facilita la reducción de tiempo ocioso en el (o los) procesador(es), e indirectamente implica reducción de los costos de energía y equipamiento para resolver las necesidades de cómputo de los usuarios. Ejemplos de sistemas operativos con característica de multiusuario son VMS y Unix, así como sus múltiples derivaciones (e.g. IRIX, Solaris, etc.) y los sistemas tipo Unix como Linux, FreeBSD y Mac OS X. En la familia de los sistemas operativos Microsoft Windows, desde Windows 95 hasta la versión Windows 2000, proveen soporte para ambientes personalizados por usuario, pero no admiten la ejecución de múltiples sesiones de usuario mediante el entorno gráfico. Las versiones de Windows 2000 server y Windows 2003 server ofrecen el servicio Terminar Server el cual permite la ejecución remota de diferentes sesiones de usuario.

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DIFERENCIA ENTRE MULTIUSUARIO - MONO USUARIO. SOFTWARE MONOUSUARIO. Un sistema operativo monousuario (de mono: 'uno'; y usuario) es un sistema operativo que sólo puede ser ocupado por un único usuario en un determinado tiempo. Ejemplo de sistemas monousuario son las versiones domésticas de Windows. Un Monousuario es un sistema para uso exclusivo de una sola persona... que podrían ser la mayoría de los ordenadores actuales, ya que con el hecho de que le pongas una clave a tu sesión será completamente privado el equipo. Por otro lado los sistemas multiusuario son sesiones mas como Windows Comercialmente, ya que estos sistemas ofrecen funciones de multisesiones, personalización de cada sesión, privilegios y limitaciones dependiendo del usuario, aquí VARIOS usuarios de una RED o DOMINIO pueden entrar en cualquier computadora con solo teclear su usuario y contraseña, claro que cada usuario tiene sus limitaciones y privilegios dependiendo de su rango de administración de la red. La ventaja de un Monousuario es la gran seguridad de datos y la protección de los mismos como datos CONFIDENCIALES y datos IMPORTANTES que no deben ser manipulados por terceros, otra es el poder trabajar en cualquier pc con solo contar con una cuenta de usuario en la red, aparte de recibir privilegios y limitar a usuarios que no deben tener acceso a datos mas importantes, pero este sistemas es menos seguro.

SOFTWARE MULTIUSUARIO. Multiusuario: de multi: varios; y usuarios, "apto para ser utilizado por muchos usuarios". Es todo lo contrario a monousuario; y en esta categoría se encuentran todos los sistemas que cumplen simultáneamente las necesidades de dos o más usuarios, que comparten mismos recursos. Este tipo de sistemas se emplean especialmente en redes. En otras palabras consiste en el fraccionamiento del tiempo (timesharing). El tiempo compartido en ordenadores o computadoras consiste en el uso de un sistema por más de una persona al mismo tiempo. El tiempo compartido ejecuta programas separados de forma concurrente, intercambiando porciones de tiempo asignadas a cada programa (usuario). En este aspecto, es similar a la capacidad de multitareas que es común en la mayoría de las microcomputadoras. Sin embargo el tiempo compartido se asocia generalmente ~ 16 ~

con el acceso de varios usuarios a computadoras más grandes y a organizaciones de servicios, mientras que la multitarea relacionada con las microcomputadoras implica la realización de múltiples tareas por un solo usuario. Dicho sobre un sistema operativo, significa que éste puede utilizarse por varios usuarios al mismo tiempo, permitiendo la ejecución concurrente de programas de usuario. Esto facilita la reducción de tiempo ocioso en el procesador, e indirectamente implica reducción de los costos de energía y equipamiento para resolver las necesidades de cómputo de los usuarios. Ejemplos de sistemas operativos con característica de multiusuario son VMS y Unix en sus múltiples derivaciones (e.g. IRIX, Solaris, etc.) y los sistemas "clones de Unix" como Linux y FreeBSD. En la familia de los sistemas operativos Microsoft Windows, las versiones domésticas y para clientes de Windows 2000, Windows XP y Windows Vista proveen soporte para ambientes personalizados por usuario, pero no admiten múltiples usuarios usando el escritorio del sistema concurrentemente (y son por lo tanto, sistemas operativos monousuario); las versiones de servidor de Windows 2000 y Windows 2003 (así como la futura versión de Vista "Longhorn") proveen servicio de escritorio remoto a múltiples usuarios de forma concurrente a través de Terminal Services. Un sistema operativo multiusuario, a diferencia de uno monousuario, debe resolver una serie de complejos problemas de administración de recursos, memoria, acceso al sistema de archivos, etc.

MULTIPROGRAMACIÓN Se denomina multiprogramación a la técnica que permite que dos o más procesos ocupen la misma unidad de memoria principal y que sean ejecutados al "mismo tiempo" (pseudo-paralelismo, en una única CPU sólo puede haber un proceso a la vez) en la unidad central de proceso o CPU. Aporta las siguientes ventajas:   

 

La ya mencionada, varios procesos en ejecución. Permite el servicio interactivo simultáneo a varios usuarios de manera eficiente. Aprovecha los tiempos que los procesos pasan esperando a que se completen sus operaciones de E/S Aumenta el uso de la CPU. Las direcciones de los procesos son relativas, el programador no se preocupa por saber en dónde estará el proceso dado que el sistema operativo es el que se encarga de convertir la dirección lógica en física.

Un proceso entra a ejecutarse y llega al momento en que tiene que hacer espera por un dispositivo de entrada y/o salida por ejemplo, el CPU estará desocupado ~ 17 ~

mientras espera que el proceso pueda usar el dispositivo para así finalmente ejecutarse. Los sistemas de multiprogramación evitan eso ya que durante ese tiempo de esperar pasan a ejecutar otro proceso teniendo así al computador ocupado. Multiprogramación es un término que significa que muchos programas que no están relacionados unos con otros pueden residir en la memoria de una computadora y tomar turnos usando la unidad central de procesamiento, cualquiera que haya usado Windows ®, Unix o Linux ha experimentado un entorno de multiprogramación porque estos sistemas pueden ejecutar un largo numero de programas de usuario aparentemente de manera simultanea en una sola unidad central de procesamiento. La sección que permite la multiprogramación en un sistema operativo se denomina Kernel, éste software consiste en un numero de procedimientos que llevan a cabo funciones como crear tareas, decidir cual tarea correrá en un momento dado, proveyendo un mecanismo para cambiar al procesador de una tarea a otra y provee formas primitivas de acceso controlado a recursos compartidos. Un programa lo constituye una secuencia de instrucciones que cuando se ejecutan realizan alguna actividad. Las tareas a su vez la constituyen una serie de instrucciones (ejemplo, por ejecución de un programa o programas). Esta acción puede proporcionar una función de sistema o una función de aplicación, que un sistema operativo pueda correr concurrentemente. A primera vista pareciera que tarea y programa son lo mismo. Sin embargo una tarea es un conjunto de un programa. Esto es mejor demostrado con un ejemplo. Considere un programa que implemente una cola FIFO. Este programa podría ser compartido por otras tareas en donde parte de sus acciones requiera utilizar una cola FIFO. Esto hace que una tarea aparezca como un modulo de programa el cual usa otro modulo de programa, sin embargo hay que recordar que las activaciones de módulos de programas en un entorno que no sea de sistema operativo no se podrán ejecutar concurrentemente. Por lo tanto el concepto de tarea está íntimamente atado a un entorno de sistema operativo. De hecho cuando una tarea es creada el sistema operativo crea un entorno de ejecución el cual está separado de los entornos de ejecución de otras tareas (por ejemplo, áreas de datos separadas, pila separada para llamada de procedimientos). Muchas tareas pueden compartir el mismo código pero el código es ejecutado en un entorno de ejecución diferente, mientras cada tarea sepa que se está ejecutando en su propio procesador. La diferencia entre una tarea y un programa puede ser vista en el siguiente ejemplo. Considere en un sistema de computadora que permita editar archivos ~ 18 ~

ASCII. Generalmente en sistemas de computadora que permiten esto el código del editor está diseñado para ser re-entrante  – eso es que múltiples hilos de ejecución puedan ejecutar el código al mismo tiempo. Código re-entrante a menudo tiene la misma estructura del código recursivo. El código recursivo permite a los procedimientos escritos en lenguajes tales como Pascal o C llamarse a sí mismos, esto implica que cada reencarnación del procedimiento tenga su propio juego de variables locales (cualquier variable global será manipulada por cada reencarnación. Esta propiedad es requerida por el código el cual está siendo usado por múltiples tareas, de no ser así una tarea corromperá la data que esté siendo manipulada por otra tarea. De vuelta al ejemplo planteado. En el caso del editor, cada usuario correrá una copia del editor. La tarea o la acción requerida por el usuario es la edición del archivo. Por lo tanto cada usuario está corriendo una tarea. Sin embargo cada tarea está ejecutando actualmente las mismas instrucciones, de hecho está ejecutando físicamente las mismas instrucciones (o programa). Ejemplo: existe físicamente una copia del editor en memoria. Sin embargo la data manejada por estas instrucciones es diferente para cada tarea, y las instrucciones en efecto están siendo ejecutadas en diferentes procesadores.

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CONCLUSIONES 

Mayor número de núcleos simples es preferible mientras la parte secuencial de la aplicación sea pequeña, sino son más beneficiosos los núcleos más complejos.



Debido a la demanda de espacio en el chip para interconexiones entre gran numero de núcleos y a la escalabilidad limitada de aplicaciones puede resultar más beneficioso utilizar núcleos más complejos.



Las aplicaciones que pueden explotar mucho del pico teórico de desempeño (intensivas en punto flotante, alto paralelismo de instrucciones en aplicaciones numéricas) pueden tener mejores resultados si se usan núcleos más complejos.

Una mejora para el desempeño por hilo seria colocar más recursos del chip dinámicamente, como ejecución especulativa. Esto beneficia aplicaciones con mucha dependencia de datos y errores de cache. Una implementación ya aplicada en algunos CPUs multihilos coloca recursos particionados a un hilo si se corre en modo “Única Tarea”. La investigación indica que los procesadores que poseen muchos núcleos simples y unos pocos núcleos de alto rendimiento pueden proveer el mayor poder de procesamiento para un dado espacio de chip y presupuesto energético. Pero esto tiene como desventaja que dichos procesadores no se obtienen comercialmente, y además, son difíciles de diseñar y programar.

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Cuestionario 1. ¿Qué es la arquitectura multinucleo? Aquellas que cuentan con más de un motor de procesamiento en un único chip, ya se han convertido en el método más habitual de aumentar las prestaciones de un dispositivo al tiempo que se mantiene a raya el consumo energético. 2. ¿Que es el extender JavaScript? Motor permitiría crear toda una nueva categoría de aplicaciones basadas en navegadores Web para campos tan diversos como la edición de vídeo portátil y sobremesa, como para Ultrabooks  3. ¿Mejoras en la seguridad de los ordenadores cliente? servicios dereconocimiento facial y de cifrado paralelizado que permitirían mejorar la seguridad en ordenadores personales Ultrabooks, portátiles y de sobremesa, al aprovechar al máximo toda la arquitectura y los núcleos gráficos de la segunda generación de procesadores IntelCore, de forma heterogénea. 4. ¿Qué es un procesador multinucleo? Es aquel que combina dos o más procesadores independientes en un solo paquete, a menudo un solo circuito integrado. 5. ¿Cuántos microprocesadores utiliza un dispositivo de doble núcleo? dos microprocesadores independientes 6. ¿significado de las siglas TLP? thread-levelparallelism  7. ¿Qué significan las siglas CMP? chip-levelmultiprocessing  8. ¿característica de la arquitectura SMP? se caracteriza por el hecho de que varios microprocesadores comparten el acceso a la memoria 9. ¿Qué permiten los SMP?

permiten que cualquier procesador trabaje en cualquier tarea sin importar su localización en memoria; con un propicio soporte del sistema operativo,

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estos sistemas pueden mover fácilmente tareas entre los procesadores para garantizar eficientemente el trabajo. 10. ¿características de los multiprocesadores?

-Un multiprocesador contiene dos o más procesadores con capacidades aproximadamente comparables. -Todos los procesadores comparten el acceso a un almacenamiento común y a canales de Entrada / Salida, unidades de control y dispositivos. -Todo está controlado por un Sistema Operativo que proporciona interacción entre procesadores y sus programas en los niveles de trabajo, tarea, paso, archivo y elementos de datos. 11. ¿que hace el Tiempo Compartido o Bus Común (o Conductor Común)? Usa un solo camino de comunicación entre todas las unidades funcionales 12. ¿pasos que debe realizar un procesador si quiere transferir datos? -Verificar la disponibilidad del conductor y de la unidad de destino. -Informar a la unidad de destino de lo que se va a hacer con los datos. -Iniciar la transferencia de datos. 13. ¿Cómo se obtiene el Almacenamiento de Interconexión Múltiple? Se obtiene al sacar las lógicas de control, de conmutación y de arbitraje de prioridades fuera del interruptor de barras cruzadas y se las coloca en la interfaz de cada unidad de almacenamiento. 14. ¿Cómo se le llama a las tareas en un sistema operativo multitarea? Se les llama procesos pesados 15. ¿Cómo se le denomina a un entorno multihilo? Procesos ligeros o hilos 16. ¿Cuáles son Las dos principales rendimiento? El multiproceso y el multihilo.

técnicas

para

computación

de

17. ¿a que se refiere la palabra multiusuario? A la característica de un sistema operativo o programa que permite proveer servicio y procesamiento a múltiples usuarios simultáneamente (tanto en paralelismo real como simulado). 18. ¿Qué es un sistema monousuario? ~ 22 ~

Proveen servicio y procesamiento a un solo usuario 19. ¿ventaja de un sistema monousuario? Es la gran seguridad de datos y la protección de los mismos como datos CONFIDENCIALES y datos IMPORTANTES que no deben ser manipulados por terceros, otra es el poder trabajar en cualquier pc con solo contar con una cuenta de usuario en la red, aparte de recibir privilegios y limitar a usuarios que no deben tener acceso a datos mas importantes, pero este sistemas es menos seguro. 20. ¿Ejemplos de sistemas operativos con característica de multiusuario? Son VMS y Unix 21. ¿Qué es la multiprogramación? A la técnica que permite que dos o más procesos ocupen la misma unidad de memoria principal y que sean ejecutados al "mismo tiempo" (pseudoparalelismo, en una única CPU sólo puede haber un proceso a la vez) en la unidad central de proceso o CPU. 22. ¿Cuáles son las ventajas del multinucleo?

Permiten que un dispositivo computacional exhiba una cierta forma de paralelismo a nivel de thread (Thread-level parallelism) (TLP) sin incluir m_ultiples microprocesadores en paquetes f__sicos separados. Esta forma de TLP se conoce a menudo como multiprocesamiento a nivel de chip (Chip-level multiprocessing), o CMP. 23. ¿Quiénes son los principales competidores de procesadores en el mundo? Intel y AMD 24. ¿en que se basaron los procesadores multinucleo? Se basaron en los sistemas distribuidos, la computación paralela, y las tecnologías como el Hyperthreading; que mostraban como dividir el trabajo entre varias unidades de ejecución. 25. ¿Qué es el procesamiento en paralelo? Es la división de una aplicación en varias partes para que sean ejecutadas a la vez por diferentes unidades de ejecución. 26. ¿Qué es el HyperThreading? Esta tecnología fue creada por Intel, para los procesadores Pentium 4 más avanzados. El Hyperthreading hace que el procesador funcione como si fuera dos procesadores. Esto fue hecho para que tenga la posibilidad de trabajar de forma multihilo (multithread) real, es decir pueda ejecutar muchos hilos simultáneamente.

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27. Ejemplos de procesadores multinúcleo

Procesadores Multinúcleo de Intel Pentium D CoreDuoCore 2 Duo 28. Define el microprocesador CoreDuo

Los procesadores CoreDuo es una versión para los portátiles, implementa 2MB de caché de memoria compartida para ambos núcleos. Están hechos con la tecnología de 65nm. Su velocidad va desde 1.20 hasta 2.33Ghz. El FSB (bus del sistema) va desde 533Mhz del modelo menos potente hasta 667Mhz para los demás. El gasto de energía va desde 9.0w hasta 31w. Por los datos se ve que tienen una gran relación rendimiento/energía. 29. ¿Qué es el Procesador CELL?

El procesador Cell, es un procesador multi-núcleo diseñado por las empresas IBM, Sony y Toshiba desde el marzo del 2001. Este procesador va a ser usado inicialmente por la PlayStation 3, pero se tiene previsto usarlo también en los productos electrónicos que fabrican estas empresas, que van desde televisores de alta definición hasta ordenadores. 30. Componentes de un procesador CELL

Los componentes del procesador son:      

1 PowerProcessorElement (PPE). 8 SynergisticProcessorElements (SPEs). Bus de Interconexión de los Elementos (EIB). Controlador de Acceso Directo a Memoria (DMAC). 2 Controladores de Memoria Rambus XDR. Una interfaz RambusFlexIO (Input / Output).

31. ¿Que es el PPE?

El PPE es el núcleo principal, este se encarga de coordinar el trabajo de todos los demás núcleos (SPEs), mediante la tecnología SMT (SimoultaneousMultiThreading). El PPC toma el control del sistema operativo y deja a los SPEs el trabajo de los demás procesos.

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