Tema 1: PROCESADORES SEGMENTADOS

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1 Tema 1: PROCESADORES SEGMENTADOS

2 Tema 1: PROCESADORES SEGMENTADOS 1.1. Procesadores RISC frente a procesadores CISC Clasificación de las arquitecturas paralelas Evaluación y mejora del rendimiento de un computador Características de los procesadores segmentados Arquitectura segmentada genérica Riesgos en la segmentación Planificación dinámica: Algoritmo de Tomasulo.

3 Arquitectura del repertorio de instrucciones (ISA) Lenguaje Alto Nivel L. Ensamblador Software Arquitectura del Repertorio de Instrucciones (ISA) Hardware Compilador L. Máquina Procesador Unidad de Control Unidad Aritmético- Lógica Programa ensamblador Memoria Salida Entrada Computador

4 Lenguaje máquina Lenguaje restringido y de bajo nivel que entiende el computador. Expone las capacidades básicas del computador. Características más importantes de su arquitectura. Depende del computador, lo que crea incompatibilidades entre distintos computadores.

5 Instrucciones máquina Se almacenan en la memoria de programa. Realizan una única y sencilla operación. Utilizan un número fijo de operandos, representados de una determinada forma. Codificación sistemática. Decodificación sencilla. Son autocontenidas e independientes.

6 Ejecución de instrucciones : A4007F30A200F2 : A D1F28E2 : A20CA40B A : A600A A70B2328A60B DD : D A500BB : A4013A A40A BC : A D34EE34ED34EB340E : DE34DD34DB34BE34BD34BB347E347B340B : B734D734E A21B4C28A300AB : 1000A A21F A E Memoria de programa Unidad Aritmético-Lógica Acumulador Ruta de datos Registro de Instrucción Unidad de control

7 Filosofías CISC y RISC Históricamente, CISC (Complex Instruction Set Computing): o Al principio las memorias eran lentas y costosas. Había que reducir el tamaño de los programas. o Cada instrucción se implementa con muchas operaciones dentro del microcódigo. o más HW, ralentiza el ordenador. o En los años 60 y 70 disminuye tiempo de acceso a memoria o Se crean muchos modos de direccionamiento o Difícil paralelismo por la complejidad de las instrucciones

8 Filosofías CISC y RISC Actualmente, RISC (Reduced Instruction Set Computing): o Concepto introducido por Hennesy y Patterson en los años 80. o Instrucciones deben ser de complejidad similar a las microinstrucciones de CISC o Menos instrucciones y modos de direccionamiento. o Por el avance de la tecnología la velocidad de los procesadores es mucho mayor que la de la memoria. o Menos accesos a memoria, más registros internos donde se cargan los datos.

9 Filosofías CISC y RISC (1) o Ventajas instrucciones RISC o Mayor velocidad de ejecución o Reducen el tamaño de la CPU disponiendo de más espacio para más recursos, por ejemplos, más registros de memoria caché. o Formato fijo para las instrucciones, ejecución regular. o Unidad de control simple. o Aumenta las prestaciones y el rendimiento. Reduce el coste. Máquinas más compactas y de menos consumo al reducir el tamaño de la CPU. o Facilita el paralelismo (replicación de elementos) y la segmentación en la ejecución de instrucciones

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11 El paralelismo en las arquitecturas Existen 2 líneas fundamentales de trabajo: Replicación de elementos: unidades funcionales, procesadores, módulos de memoria Segmentación: Uno de los elementos (unidad funcional, procesador, circuito ) se divide en varias etapas que funcionan de forma independiente, y por ellas pasan los operandos e instrucciones que procesa cada elemento

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13 Taxonomía de Flynn MIMD

14 CLASIFICACIÓN DE LAS ARQUITECTURAS PARALELAS SISD (Single Instruction, Single Data) Es una computadora con un flujo de instrucciones y uno de datos único. Se refiere a las computadoras convencionales de Von Neuman. Todas las computadoras tradicionales de un procesador caen dentro de esta categoría. Ejemplo: PC s. SIMD (Single Instruction, Multiple Data) Computadoras con un flujo de instrucciones único y varios flujos de datos múltiple (computadores matriciales).

15 CLASIFICACIÓN DE LAS ARQUITECTURAS PARALELAS MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) Un grupo de computadoras independientes, cada una con su propio contador del programa y datos. Múltiples computadores y multiprocesadores. Las piezas de código son distribuidas entre los procesadores. Los procesadores pueden ejecutar la misma instrucción o diferentes instrucciones. Cada procesador MIMD corre casi independientemente de los otros.

16 CLASIFICACIÓN DE LAS ARQUITECTURAS PARALELAS MISD (Multiple Instruction, Single Data) Computadoras con un flujo de varias instrucciones y un flujo de datos (clase no implementada). Ninguna de las computadoras conocidas se ajusta a este modelo.

17 Ejemplo prestaciones arquitecturas Flynn

18 Ejemplo prestaciones arquitecturas Flynn MIMD También podríamos utilizar un MIMD con cuatro procesadores. Sería un MIMD con implementación SPMD (Simple Program Multiple Data)

19 La taxonomía de Flynn pone de manifiesto 2 tipos de paralelismo Nivel de instrucciones u operaciones (ILP) No considerada en T. de Flynn Nivel de bucle Nivel de funciones Nivel de programas

20 Alternativas para el aprovechamiento del paralelismo entre instrucciones (ILP) Instrucción dividida en fases o etapas independientes para la microarquitectura Segmentación donde en cada etapa se puede procesar más de una instrucción Segmentaciones con más etapas

21 Arquitecturas e implentación del paralelismo tema 1 tema 2 tema 3 tema 3 tema 4 tema 4