Sample Title Slide

1
UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN
E S P G
MAESTRÍA EN INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA
ADMINISTRACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN
Tema 08 Arquitectura y programación de los
multiprocesadores
Prof Alberto E. Cohaila Barrios
acohailab_at_unjbg.edu.pe, acohailab_at_hotmail.com,
acohailab_at_speedy.com.pe
2
Procesadores Multinucleo

• La tecnología actual de fabricación de
  procesadores esta llegando a sus límites.
• Cada vez la miniaturización de los componentes
  del procesador es más difícil (el límite de
  construcción del uP del silicio ronda los
  15-20nm, donde el silicio empieza a ceder por
  falta de consistencia, ya se ha llegado a los
  65nm), el problema de la generación de calor a
  aumentado, produciendo que sea más difícil
  aumentar la frecuencia principal del procesador.
• Todos estos problemas dificultan el aumento de
  rendimiento de los procesadores.

2
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
3
Procesadores Multinucleo

• Los procesadores actuales no sobrepasan los 3.8
  GHz (obtenido por el Pentium 4 Prescott),
  necesitan grandes disipadores y ventiladores
  porque generan mucho calor.
• No se podía continuar fabricando procesadores de
  la misma manera, se estaba llegando a un
  "estancamiento" era necesario tomar otro camino,
  utilizar otra variable que hiciera que el
  rendimiento del procesador aumentará.
• Entonces, basándose en el procesamiento en
  paralelo, se empezaron a construir los
  procesadores multi-núcleo.
• El primer procesador multinúcleo en el mercado
  fue el IBM Power 4 en el año 2000.

3
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
4
Cómo trabajan?

• Los procesadores multi-núcleo es un procesador
  que contiene dentro del chip a varios núcleos o
  "cerebros".
• La mayoría de los procesadores son mono-núcleo, o
  sea tienen un solo cerebro.
• Mientras un procesador mono-núcleo tiene un solo
  cerebro para ejecutar procesos, un procesador
  multi-núcleo puede repartir los procesos entre
  sus varios cerebros para su posterior ejecución.

4
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
5
Cómo trabajan?

• Las aplicaciones que sacan mejor provecho de
  estos procesadores multinúcleo son aquellas que
  pueden generar muchos hilos de ejecución (thread)
  como las aplicaciones de audio/video, cálculo
  científico, juegos, tratamiento de gráficos en
  3D, etc.
• Estos procesadores pueden ejecutar varias de
  estas aplicaciones al mismo tiempo
  (concurrencia).
• Solo cuando uno ejecute una sola aplicación que
  no sea paralelo (no se pueda descomponer en
  hilos) es cuando no se aprovecha el potencial de
  procesamiento que tienen estos procesadores.

5
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
6
Procesamiento en Paralelo

• Los procesadores multinúcleo 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.
• 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.
• El procesamiento en paralelo se utiliza en
  Computación Paralela y la Computación Distribuida.

6
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
7
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.
• Un procesador con la tecnología Hyperthreading
  tiene un 5 más de transistores que el mismo
  procesador sin esa tecnología.

7
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
8

• Los dos procesadores lógicos, que posee el
  procesador hyperthreading, tienen su propio
  estado de la arquitectura registros de control,
  registros de datos, registros de depuración, etc.
  y el APIC (controlador avanzado de interrupción
  programable).
• Los dos procesadores lógicos comparten la memoria
  caché, la interfaz del bus del sistema, etc.

8
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
9
9
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
10
Arquitectura del procesador AMD Athlon

• Note que se ha quitado el controlador de memoria
  al Chipset y se lo ha introducido directamente al
  procesador, eso hace que se comunique con la
  memoria directamente a 12.8 Giga bytes/ segundo,
  con esto se logra más ancho de banda.
• Un bus de datos HyperTransport comunica al resto
  del sistema, este bus es bidireccional que tiene
  una velocidad de 8 Giga bites/segundo por cada
  canal.
• Son 16 Giga bytes por segundo, más 12.8 son 28.8
  de ancho de banda para comunicarse con el resto
  del sistema.
• No se necesitan tanta frecuencia de trabajo del
  procesador porque todo se distribuye al sistema
  con una velocidad enorme.

10
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
11
Core Duo

• Procesador de doble núcleo (core).
• Cada núcleo es un procesador lógico.
• Acceden a la cache un nucleo a la vez.
• Los procesadores Core Duo es una versión para los
  portátiles, implementa 2MB de caché de memoria
  compartida para ambos núcleos.
• Fabricados con la tecnología nanometrica de 65nm.
• Su velocidad esta dentro de 1.20 hasta 2.33Ghz.
• Bus del sistema (FSB) va desde 533Mhz hasta
  667Mhz.
• Trabajan hasta 32 bits
• Consumo de energía es desde 9.0w hasta 31w y de
  mejor rendimiento/energía.

11
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
12
Core 2 Duo

• Procesador de cuatro núcleos.
• Cada núcleo es un procesador lógico en
  arquitectura paralela.
• Cada nucleo accede al cache al mismo tiempo.
• Fabricados con la tecnología nanometrica de 65nm.
• Su velocidad esta dentro de 1.20 hasta 2.93Ghz (x
  2).
• Aparecen a comienzos del 2006.
• AMD (Avanz micro Dispositive) posee procesadores
  Phenom de 3 y 4 núcleos.
• Debido a la complejidad de fabricación de núcleos
  a mas de 3 Ghz, la tendencia es insertar mayor
  cantidad de núcleos en un procesador.

12
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
13
Ejemplos de Multiprocesamiento

• Robot móvil que emplea multiprocesamiento para
  ejecutar múltiples tareas en paralelo a tiempo
  real.
• Los 4 procesadores se comunican entre si mediante
  Cluster de datos

13
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
14
Demostración

• Video de Robotmovil 1

14
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
15
Demostración

• Video de Robotmovil 2

16
Sistema multiprocesador jerarquico
16
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
17
Revisión de Lenguajes de alto nivel y de bajo
nivel

• Programas y/o rutinas
• Los computadores ejecutan programas.
• Programa secuencia de operaciones conducentes a
  resolver un problema
• determinado.
• Características de los programas
• Están compuestos por secuencias de instrucciones
  o sentencias.
• Se escriben utilizando una notación formal
  conveniente.
• Pueden ser escritos por personas (programadores),
  o bien pueden ser generados automáticamente
  mediante una herramienta adecuada.
• Un programa en ejecución se encuentra cargado en
  memoria principal.
• Lenguaje de programación una notación formal
  para describir algoritmos o funciones que serán
  ejecutadas por un computador.

17
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
18
Tipos de lenguajes de programación

• Lenguajes de alto nivel cercanos a la forma de
  pensar del programador.
• Lenguajes de bajo nivel cercanos a la
  arquitectura de la máquina.
• Lenguaje máquina el único que la circuitería de
  la máquina es capaz de interpretar.
• Sus instrucciones se encuentran codificadas en
  binario.
• Lenguajes simbólicos no son directamente
  interpretables por la circuitería de la máquina.
• Se codifican mediante símbolos alfanuméricos, de
  puntuación, paréntesis, separadores, etc.

18
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
19
Tipos de Lenguajes de Programación
Bajo Nivel
Simbólico
Máquina
Alto Nivel

• Cercanos a la forma de pensar del programador.

• Cercanos a la arquitectura de la máquina.

• El único que la circuitería de la máquina es
  capaz de interpretar.
• Sus instrucciones se encuentran codificadas en
  binario.

• No son directamente interpretables por la
  circuitería de la máquina.
• Se codifican mediante símbolos alfanuméricos, de
  puntuación, paréntesis, separadores, etc.

19
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
20
20
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
21
Secuencia en bloques de la compilación y linkeo
del código máquina
21
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
22
Jerarquía de traducción
22
07/11/2008
Prof. Alberto E. Cohaila Barrios
23

• Fin