ARQUITECTURA E INGENIERÍA DE LOS COMPUTADORES

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Alejandra Correa Romero
hace 7 años
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1 ARQUITECTURA E INGENIERÍA DE LOS COMPUTADORES (Segundo Cuatrimestre) Ingeniería Informática Profesor: Valencia, 31 de Enero de 2012

2 Prefacio. El temario recogido en estos apuntes se corresponde con la segunda parte de la asignatura de Arquitectura e Ingeniería de los Computadores de la Ingeniería Informática de la Universidad de Valencia. Esta asignatura completa consta de 6 créditos teóricos y 3 prácticos, y se cursa en cuarto curso. El contenido principal de la segunda parte de la asignatura es básicamente el estudio de los sistemas multiprocesadores de altas prestaciones y la medición del rendimiento de los sistemas paralelos en general. Estos apuntes, si mis pesquisas no me engañan, provienen de un esfuerzo inicial del profesor Antonio Flores Gil que en 1998 aportó a la comunidad docente las fuentes de sus apuntes sobre la materia Arquitectura de Computadores. Utilizó como libro de referencia el publicado por D. E. Culler "Parallel Computer Architecture: A Hardware/Software Approach", exelente libro sobre las arquitecturas paralelas. Con estos apuntes el profesor Fernando Pardo realizó una excelente adaptación y mejora, incorporando contenidos propios y realizando una nueva versión sobre la cual estoy yo ahora mismo trabajado e intentando actualizar. Cualquier docente que crea que puede aportar mejoras y correcciones al presente trabajo, ruego me pida los ficheros modificables en Word que se los enviaré por correo electrónico gustosamente. Scientia et sapientia patrimonium humanitatis sunt

3 Índice. 4 Introducción a las arquitecturas paralelas. 4.1 Clasificación de los sistemas paralelos Clasificación de Flynn Otras clasificaciones. 4.2 Fuentes del paralelismo El paralelismo de control El paralelismo de datos El paralelismo de flujo Ejemplos de aplicaciones paralelas. 5 Multiprocesadores. 5.1 Coherencia de las cachés El problema de la coherencia de las cachés Direcciones físicas y virtuales, problema del aliasing Soluciones a los problemas de coherencia Esquemas de coherencia de las cachés. 5.2 Protocolos de sondeo o snoopy (medio compartido) Protocolo de invalidación de 3 estados (MSI) Protocolo de invalidación de 4 estados (MESI) Write once Berkeley Protocolo de actualización de 4 estados (Dragon) Firefly Rendimiento de los protocolos de sondeo El problema de la falsa compartición. 5.3 Esquemas de coherencia basados en directorio Protocolos basados en directorio Protocolo de mapeado completo Protocolo de directorio limitado Protocolo de directorio encadenado Rendimiento de los protocolos basados en directorio. 5.4 Modelos de consistencia de memoria Consistencia secuencial Otros modelos de consistencia Implementación de los modelos relajados Rendimiento de los modelos relajados. 5.5 Sincronización Cerrojos (exclusión mutua) Eventos de sincronización punto a punto (banderas) Eventos globales de sincronización (barreras). 5.6 Generalidades sobre las redes de interconexión Definiciones básicas y parámetros que caracterizan las redes de

4 Interconexión Topología, control de flujo y encaminamiento Clasificación de las redes de interconexión según su topología Redes de medio compartido Redes Directas Redes Indirectas Redes Híbridas. 5.7 Redes de interconexión para multiprocesadores R edes de medio compartidobuses Redes indirectas Red de barra cruzada Redes de interconexión multietapa (MIN) Tipos de etapas de permutación para MIN Clasificación de las redes MIN Encaminamiento en redes MIN Resumen de las redes indirectas y equivalencias. 5.8 Conclusiones. 6 El rendimiento de los sistemas paralelos. 6.1 Magnitudes y medidas del rendimiento Eficiencia, redundancia, utilización y calidad Perfil del paralelismo en programas Rendimiento medio armónico: Ley de Amdahl. 6.2 Modelos del rendimiento del speed-up Ley de Amdahl, limitación por carga de trabajo fija Ley de Gustafson, limitación por tiempo fijo Modelo del speed-up limitado por la memoria fija. 6.3 Modelos del rendimiento según la granularidad Modelo básico: 2 procesadores y comunicaciones no solapadas Extensión a N procesadores Otras suposiciones para las comunicaciones. Bibliografía Recomendada. [ORT05]: "Arquitectura de Computadores". Julio Ortega, Mancia Anguita, Alberto Prieto. Ed. Thomson ISBN: [HP93]: "Arquitectura de computadores. Un enfoque cuantitativo". Jonh L. Hennesy, David A. Patterson. McGraw Hill, [HP96]: "Computer Architecture. A Quantitative Approach". JonhL. Hennesy, David A. Patterson. Morgan Kaufmann Publishers, [DYN97]: "Interconnection Networks; An Engineering Approach". José Duato, Sudhakar Yalmanchili, Y Lionel Ni. IEEE Computer Society, [Sta93]: Computer organization and architecture: principles of structure and function. William Stallings. Prentice Hall, tercera edición, 1993.

5 [Sta96]: "Organización y Arquitectura de computadores. Diseño para optimizar prestaciones". William Stalling. Prentice-Hall, [Cul99]: "Parallel Computer Architecture: A Hardware/Software Approach". David E. Culler, Jaswinder P. Singh. Morgan Kaufmann, [Sim98]: "Advanced Computer Architecture. A design space approach". D. Sima, T. Fountain, P. Kacsuk. Ed. Addison-Wesley [Zar96]: "Computer Architecture, Single And Parallel Systems". Mehdi R. Zargham. Prentice-Hall, [CDK96]: "Distributed systems: concepts and design". George Coulouris, Jean Dollimore, y Tim Kindberg. Addison-Wesley, [Fly95]: Computer architecture: pipelined and parallel processor design. Michael J. Flynn.. Jones and Bartlett, [HB87]: Arquitectura de Computadoras y Procesamiento Paralelo. Kai Hwang y Fayé A. Briggs.. McGraw-Hill, [Hwa93]: Advanced computer architecture: Parallelism, scalability, programmability. Kai Hwang. McGraw-Hill, [Kai96]: Advanced Computer Architecture: a systems design approach. Richard Y. Kain.. Prentice-Hall, [Sto93]: High-Performance Computer Architecture. Harold S. Stone.. Addison-Wesley, primera y tercera edición, 1987 y [Tan95]: Distributed operating systems. Andrew S. Tanenbaum. Prentice-Hall, [Wil96]: Computer Architecture, design and performance. Barry Wilkinson.. Prentice-Hall, segunda edición, Índice alfabético

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