UNIVERSIDAD NACIONAL “DANIEL ALCIDES CARRIÓN”
Multiprocesadores
CURSO: PROCESAMIENTO PARALELO SEMESTRE: VI
CERRO DE PASCO –2010
ARQUITECTURA DE MULTIPROCESADORES
HISTORIA
Inicialmente los CPU de ordenadores y superordenadores, funcionaban más
lentos
que
sus
respectivas
memorias;
siendo
superado
su
rendimiento en 1970. Desde ese entonces las cpus debían esperar mientras los accesos a memoria eran completados. Algunos ordenadores diseñados de 1980-1990 se centraban en proporcionar memoria de alta velocidad en los accesos frente a los procesadores más rápidos, lo que les permitía trabajar con grandes volúmenes de datos que otros sistemas no podían. Entre los precursores de dicha tecnología tenemos adata general, con aviion y sequent computer systems, actualmente parte de ibm, con la misma estrategia al mismo tiempo. El sistema con nombre clave "manx" fue el primer esfuerzo, basado originalmente en hardware Pentium y zenith, pero nunca se vendió en el mercado. Dentro de los equipos desarrollados por data general podemos mencionar el servidor av/9500 de 16 CPU y su sucesor el modelo av 1000 con 32 en 1995, y los av 20000 ("audubon") conectaba hasta 32 procesadores Pentium pro, y av 25000 ("audubon 2") hasta 64 Pentium ii, (luego Pentium iii) xeons.
CONCEPTOS BÁSICOS
Limitar el número de accesos a memoria es la clave de un alto rendimiento en un ordenador moderno. Para los procesadores esto significa el incremento de alta velocidad de la memoria caché y el uso de algoritmos más sofisticados para evitar los errores de caché. Aunque el
drástico aumento del tamaño de los sistemas operativos y las aplicaciones que se ejecutan en ellos han abrumado las mejoras del procesamiento de la caché. Los sistemas de multiprocesamiento hacen que el problema sea peor. Ahora el sistema debe bloquear varios procesadores a la vez, porque solo un procesador puede acceder a la memoria a la vez. Numa intenta resolver este problema ofreciendo memoria distribuida para cada procesador, evitando así que afecte al rendimiento del sistema cuando varios procesadores intentan acceder a la misma memoria. Para los problemas de las propagación de datos (comunes en servidores y aplicaciones similares), numa puede mejorar el rendimiento utilizando una única memoria compartida por un factor de aproximadamente el número de procesadores (o separando bancos de memoria).
ARQUITECTURA SMP
Es la sigla de symmetric multi-processing, multiproceso simétrico. Se trata de un tipo de arquitectura de ordenadores en que dos o más procesadores comparten una única memoria central. La arquitectura smp (multi-procesamiento simétrico, también llamada uma, de uniform memory 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". 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.
ARQUITECTURA NUMA
Multiproceso simétrico, una de las formas más fáciles y baratas de aumentar el rendimiento del hardware es poner más de una CPU en la placa. Esto se puede realizar haciendo que cpus diferentes tengan trabajos diferentes (multiproceso asimétrico) o haciendo que todos se ejecuten en paralelo, realizando el mismo trabajo (multiproceso simétrico o smp). El hacer multiproceso asimétrico requiere un conocimiento especializado sobre las tareas que la computadora debe ejecutar, que no es fácilmente discernible en un sistema operativo de propósito general como Linux. En cambio el multiproceso simétrico es relativamente fácil de implementar. En un entorno de multiproceso simétrico, las CPU comparten la misma memoria, y como resultado, el código que corre en una CPU puede afectar a la memoria usada por otra. No se puede estar seguro de que una variable que se ha establecido a un cierto valor en la línea anterior todavía tenga el mismo valor; la otra CPU puede modificar el valor de la variable. No es posible programar algo de esta manera. En el caso de la programación de procesos esto no suele ser un problema, porque un proceso normalmente sólo se ejecutará en una CPU a la vez. El núcleo, sin
embargo,
podría
ejecutándose en cpus diferentes.
ser llamado por diferentes
procesos
En la versión 2.0.x del núcleo de Linux, esto no es un problema porque el núcleo entero está en un gran `spinlock'. Esto significa que si una CPU está dentro del núcleo y otra CPU quiere entrar en él, por ejemplo por una llamada al sistema, tiene que esperar hasta que la primera CPU haya acabado. Esto es lo que hace el SMP en Linux; es seguro, pero ineficiente. En la versión 2.2.x, varias cpus pueden estar dentro del núcleo al mismo tiempo. Esto es algo que los escritores de módulos deben tener en cuenta.
MULTIPROCESADORES Y MULTICOMPUTADORES Existen
similitudes
entre
los
sistemas
multiprocesadores
y
multicomputadores debido a que ambos fueron Pensados con un mismo objetivo: dar soporte a operaciones concurrentes en el sistema. Sin embargo, existen Diferencias
importantes
basadas
en
el
alcance
de
los
recursos
compartidos y la cooperación en la solución de un Problema. Un
sistema
multicomputador
consiste
de
diversas
computadoras
autónomas que pueden o no comunicarse Entre sí. Un sistema multiprocesador está controlado por un sistema operativo que provee la interacción entre los Procesadores y sus programas a nivel de dato, proceso y archivo.
GENERALIDADES DE MULTIPROCESADORES.
Pueden clasificarse en esta categoría muchos sistemas multiprocesadores y sistemas multicomputadores. Un multiprocesador se define como una computadora que contiene dos o más unidades de procesamiento Que trabajan sobre una memoria común bajo un control integrado. Si
el
sistema
de
multiprocesamiento
posee
procesadores
de
aproximadamente igual capacidad, estamos En presencia de multiprocesamiento simétrico; en el otro caso hablamos de multiprocesamiento asimétrico. Todos los procesadores deben poder acceder y usar la memoria principal. De acuerdo a esta definición se Requiere que la memoria principal sea común y solamente existen pequeñas memorias locales en cada procesador. Si cada procesador posee una gran memoria local se lo puede considerar un sistema de multicomputadoras, El cual puede ser centralizado o distribuido. Todos los procesadores comparten el acceso a canales de e/s, unidades de control y dispositivos. Para el sistema de multiprocesamiento debe existir un sistema operativo integrado, el cual controla el Hardware y el software y debe asegurar la interacción entre los procesadores y sus programas al nivel elemental de Dato, conjunto de datos y trabajos. Una
computadora
mimd
intrínseca
implica
interacciones
entre
n
procesadores debido a que todos los flujos De memoria se derivan del mismo espacio de datos compartido por todos los procesadores. Si los n flujos de Datos provienen de subespacios disjuntos de memorias compartidas, entonces estamos en presencia del denominado Operación sisd múltiple, que no es otra cosa que un conjunto de n monoprocesadores sisd. Una mimd intrínseca está fuertemente acoplada si el grado de interacción entre los procesadores es alto.
De otra manera consideramos el sistema como débilmente acoplado. Muchos sistemas comerciales son débilmente Acoplados, a saber, la IBM 370/168, univac 1100/80, IBM 3081/3084, etc.
