Trabalho Arquitetura de Computadores

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Figura 4 - MIMD Fluxo Múltiplo de Instruções/Fluxo Múltiplo de Dados

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INTRODUÇÃO

O trabalho foi baseado inteiramente na pesquisa em sites, e com os matérias que foram lesionados em aula, buscamos interagir e mesclar esses dois conhecimentos afim de conciliar informações e deixar o trabalho mais abrangente e correto, sem falhas.

Durante os textos abaixo poderá ser visto e compreendido temas como a taxonomia de Flynn explicações e exemplos de Multicomputadores / Multiprocessadores, processamento escalar e processamento superpipeline, e alguns exemplos de computadores em paralelo, utilizamos de palavras simples e diretas para melhor entendimento, e melhor esclarecimento.

Tivemos como foco nesse trabalho apresentar e exemplificar os temas expostos, explicar como funcionam, e as principais diferenças mostrando o que cada modelo tem de bom e ruim.

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TAXONOMIA DE FLYNN

Foi proposta em 1966 e é bastante utilizada e respeitada. A classificação é baseada no fluxo dos dados propostos por Flynn. Esta classificação considera o processo computacional como a execução de uma sequência de instruções sobre um conjunto de dados. Aqui o modelo de Von Neumann, que corresponde à execução sequencial de instruções, é visto como um fluxo único de instruções, controlando um fluxo único de dados (Single Stream of Instructions/Single Strenm of Data – SISD). A introdução de fluxos múltiplos de dados ou de fluxos múltiplos de instruções é que faz surgir o paralelismo. A combinação de fluxos de instruções únicos e múltiplos com 5 fluxos de dados únicos e múltiplos produz as quatros categorias de classificação de Flynn (1972).

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SISD – Single Instruction Stream/Single Data Stream (Fluxo único de Instruções/Fluxo Único de Dados).

Esta organização representa a maioria dos computadores sequenciais disponíveis atualmente (Princípio de Vonn Neumann). As instruções são executadas sequencialmente. A Figura 1 apresenta um esquema deste tipo de arquitetura.

[pic 2]

Figura 1 - SISD Fluxo único de instruções/Fluxo único de dados

Nessa categoria a execução sequencial, pode ser otimizada pelo uso de pipelines, no entanto utiliza uma única unidade de controle.

É a execução de uma tarefa através da sua divisão num conjunto de sub- tarefas, empregando concorrência temporal. Na medida que concluía execução num estágio e que o resultado segue para a próxima etapa, o estágio é carregado com a próxima tarefa.

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SIMD – Single Instruction Stream/Multiple Data Stream (Fluxo Único de Instruções/Fluxo Múltiplo de Dados).

Há vários elementos processados (escravos) que estão sendo supervisionados por uma única unidade de controle (mestre). Todos os elementos processados recebem a mesma instrução para operar, mas recebem diferentes faixas de dados para processar. De acordo com a Figura 2–2. Normalmente os processadores vetoriais usam esse tipo de arquitetura paralela. Como é fácil de concluir, um computador com essa arquitetura é capaz de operar um vetor de dados por vez. Daí vem o nome de computadores vetoriais, ou Array Processor (Calônego, 1997).

[pic 3]

Figura 2 - SIMD Fluxo único de instruções/Fluxo múltiplo de dados

O programa de arquitetura paralela é armazenado em uma memória de controle, que é também o repositório inicial para os dados. Os dados que serão processados pelos elementos de processamentos devem ser distribuídos a diversos elementos de memória.

A forma de conexão entre cada elemento de processamento e cada elemento de memória caracteriza a arquitetura SIMD e o modo pelo quais os elementos de processamento trocam informação entre si. Se cada elemento de processamento tem acesso exclusivamente a um elemento de memória, caracterizando-se a arquitetura SIMD de memória local, neste caso, uma rede de interconexão Inter processamentos. Por outro lado, se todos os elementos de processamento estão conectados a todos os elementos de memória através de uma rede de interconexão, então a troca de informações é realizada por acesso a posições de memória compartilhadas, caracterizando assim um sistema SIMD de memória global.

Essa arquitetura é muito usada quando um mesmo programa deve ser executado sobre uma grande demanda de dados, como é o caso da prospecção de petróleo. Nota-se que nessa arquitetura não há problemas com a sincronização as tarefas, pois existe um único programa em execução.

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MISD – Multiple Instruction Stream/Single Data Stream (Fluxo Múltiplo de Instruções/Fluxo Único de Dados).

Existem n unidades de processamento, cada uma recebendo diferentes instruções sobre um mesmo conjunto dedados. Alguns autores classificam essa arquitetura pouco significativa e alguns chegam a nem considerá-la. Em alguns casos, os “macropipelines” são encaixados nesta categoria, uma vez que a saída de uma unidade de processamento serve de entrada para outra unidade de processamento.

[pic 4]

Figura 3 - Fluxo Múltiplo de Instruções/Fluxo Único de Dados

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MIMD – Multiple Instruction Stream/Multiple Data Stream (Fluxo Múltiplo de Instruções/Fluxo Múltiplo de Dados).

A maioria dos sistemas multiprocessados está incluída nesta categoria. Nesta classe cada elemento de processamento é controlado pela sua própria unidade de controle, executando instruções independentemente sobre diferentes fluxos de dados. Essa arquitetura apresenta uma grande flexibilidade para desenvolvimento de algoritmos paralelos.

[pic 5]

Figura 4 - MIMD Fluxo Múltiplo de Instruções/Fluxo Múltiplo de Dados

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MULTIPROCESSADORES E MULTICOMPUTADORES