Tópicos em redes e sistemas distribuídos B

Carlos Oberdan Rolim

Ciência da Computação

Arquiteturas computacionais

Arquiteturas computacionais

Taxonomia de Flynn: 1972 - se baseia nas possíveis unicidade e multiplicidade dos fluxos de instruções e de dados para definir quatro tipos de arquiteturas:

SISD (Single Instruction Streams Single Data Streams ): Fluxo único de instruções sobre um único conjunto de dados . Computadores sequenciais

SIMD (Single Instruction Streams Multiple Data Streams ): Fluxo único de instruções em múltiplos conjuntos de dados .Computadores vetoriais e matriciais

MISD (Multiple Instruction Streams Single Data Streams ): Fluxo múltiplo de instruções em um único conjunto de dados .Não existem computadores

MIMD (Multiple Instruction Streams Multiple Data Streams ): Fluxo múltiplo de instruções sobre múltiplos conjuntos de dados. .Arquiteturas com múltiplos processadores independentes

Classificação de Flynn

SISD (Single Instruction Single Data)

Não é um computador paralelo

Uma instrução por fluxo

Cada operação opera em um

único dado

Máquinas von Neumann tradicionais:

microcomputadores pessoais e estações de trabalho

Análogia

Classificação de Flynn

SIMD (Single Instruction Multiple Data)

Tambem uma arquitetura de von Neumann architectures mas com instruções

mais poderosas

Cada instrução pode operar em mais de um elemento

Dois tipos

Vector SIMD

Parallel SIMD

Análogia

Classificação de Flynn

Vector SIMD

Uma instrução resulta em multiplas

operações de atualização

Processamento escalar acontece

em elementos de dados simples

Examplos:

Cray 1

NEC SX-2

Fujitsu VP

Hitachi S820

Classificação de Flynn

Paralell SIMD

Arrays de processadores. Uma instrução é dada e todos os processadores

executam a mesma instrução operando em conjuntos diferentes de dados

Processadores rodam de forma sincrona

Examplos:

Connection Machine CM-2

Maspar MP-1, MP-2

Classificação de Flynn

MISD (Multiple Instruction Single Data)

!!!! Non ecziste!!!!

Não existem exemplos práticos de implementação

Classificação de Flynn

MIMD (Multiple Instruction Multiple Data)

Paralelismo alcançado pela coneão de multiplos processadores em conjunto

Inclui todas as formas de configuração com multiprocessador

Cada processador executa seu próprio conjunto de instruções independente dos outros processadores em um único fluxo de dados

Exemplos:

Multiprocessadores e multicomputadores:

nCube, Intel Paragon, Cray T3D

Análogia

Multiprocessadores e multicomputadores

Computadores Paralelos e

Distribuídos

MIMD

Multiprocessadores(memória compartilhada)

Multicomputadores(memória privada)

Barramento Switched Barramento Switched

Fortemente Acoplado Fracamente Acoplado

Sequent, Encore Ultracomputer, RP3

Estações de Trabalho

Transputer, Hypercube

Multiprocessadores

Baseado em barramento

CPUcache

CPUcache

CPUcache

Memória

Multiprocessadores

Baseado em switch

M M M M

C

C

C

C

C

C

C

C

M

M

M

M

crossbar switch omega switching network

Multicomputadores

Baseado em barramento

CPU

MemóriaLocal

Estação deTrabalho

CPU

MemóriaLocal

Estação deTrabalho

CPU

MemóriaLocal

Estação deTrabalho

Rede

Multicomputadores

Baseado em switch

grid hypercube

Compartilhamento de memória

Multiprocessadores (espaço de endereçamento único)

UMA (uniform memory access) - memória central

NUMA (non-uniform memory access) - memória distribuída

COMA (cache-only memory architecture)

CC-NUMA (cache-coherent non-uniform memory access)

NCC-NUMA (non-cache-coherent non-uniform memory access)

Multicomputadores (múltiplos espaços de endereçamento)

NORMA (non-remote memory access)

SC-NUMA (software-coherent non-uniform memory access)

DSM (Distributed shared memory)

Compartilhamento de memória

UMA

P P P P P P P P

Rede de Interconexão

M

Coerência de cache resolvida em HW.

Acesso Não-Uniforme à Memória (NUMA)

NUMADois ou mais processadores compartilham a memória global (= um único espaço de endereçamento). Em um sistema NUMA os processadores são organizados em nós. Cada nó possui 1 ou mais processadores, com sua(s) própria(s) memória(s) cache (um, dois, ou mais níveis) e alguma memória principal conectados por um barramento ou outro sistema de interconexão.

Principal característica de uma arquitetura NUMA é o acesso não uniforme à memória, ou seja, embora todos os processadores possam acessar todas as posições de memória, os tempos de acesso variam de acordo com o endereço acessado

Acesso local mais rápido que acesso remoto

Dois tipos: ncNUMA (NUMA sem cache) e ccNUMA (NUMA com cache)

Compartilhamento de memória

NUMA

P P P P P P P P

Rede de Interconexão

M M M M M M M M

espaço de endereçamento

Compartilhamento de memória

NORMA

Rede de Interconexão

P

M

P

M

P

M

P

M

P

M

P

M

P

M

P

M

Arquiteturas paralelas

Serie: N módulos conectados um após o outro. Falha de um módulo ocasiona falha o sistema todo

Paralelo: N módulos conectados entre si. O sistema falha somente se todos os módulos falharem