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Taxonomia de Flynn

Arquitectura de Computadoras
by

Yesenia Simon Cuellar

on 1 October 2012

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Transcript of Taxonomia de Flynn

Taxonomía de Flynn En 1966 Michael Flynn propuso un mecanismo de clasificación de las computadoras. La taxonomía de Flynn es la manera clásica de organizar las computadoras, y aunque no cubre todas las posibles arquitecturas, proporciona una importante penetración en varias arquitecturas de computadoras. El método de Flynn se basa en el número de instrucciones y de la secuencia de datos que la computadora utiliza para procesar información. Puede haber secuencias de instrucciones sencillas o múltiples y secuencias de datos sencillas o múltiples. Esto da lugar a 4 tipos de computadoras, de las cuales solamente dos son aplicables a las computadoras paralelas.
Las cuatro clasificaciones definidas por Flynn se basan en el número de instrucciones concurrentes (control) y en los flujos de datos disponibles en la arquitectura: SISD (sola instrucción, los datos individuales) es un término que se refiere a una arquitectura de ordenador en el que un único procesador, un solo procesador, ejecuta una secuencia de la instrucción individual, para operar en los datos almacenados en una única memoria. Esto corresponde a la arquitectura de von Neumann.
En esta categoría SISD se encuentran la gran mayoría de las computadoras existentes.

SISD es una de las cuatro clasificaciones principales tal como se definen en la taxonomía de Flynn. En este sistema de clasificaciones se basan en el número de instrucciones simultáneas y flujos de datos presentes en la arquitectura de ordenador. De acuerdo con Michael J. Flynn, SISD pueden tener características simultáneas de procesamiento. Obtención y ejecución de instrucciones pipeline de instrucciones son ejemplos comunes encontrados en las computadoras más modernas SISD. 1.- SISD (Single Instruction Single Data). •Son equipos con un solo procesador, que trabaja sobre un solo dato a la vez.
•A estos equipos se les llama también computadoras secuenciales.
•Flujo único de instrucciones.
•Flujo único de datos.
•Corresponde al modelo estructural básico, con un procesador de instrucciones y un procesador de datos.
•Tiene una única vía de acceso a la memoria principal.
•Este es el modelo tradicional de computación secuencial donde una unidad de procesamiento recibe una sola secuencia de instrucciones que operan en una secuencia dedatos. Características 2.- SIMD (Single Instruction, Multiple Data).
Cuyas siglas significa Single Instruction, Multiple Data.
Se lo conoce como un arreglo de procesadores.
A diferencia de SISD, en este caso se tienen múltiples procesadores que sincronizadamente ejecutan la misma secuencia de instrucciones, pero en diferentes datos. El tipo de memoria que estos sistemas utilizan es distribuida.
es una clase de computadoras paralelas en la taxonomía de Flynn. Se describe ordenadores con múltiples elementos de procesamiento que realizan la misma operación en varios puntos de datos simultáneamente.
• Estos sistemas tienen un único flujo de instrucciones que operan sobre múltiples flujos de datos. Como por ejemplo:
Máquinas vectoriales con hardware escalar.
Maquinas vectoriales con hardware vectorial.
• El procesamiento es sincrónico
• La ejecución de las instrucciones sigue siendo secuencial, es decir que todos los elementos realizan una misma instrucción pero sobre una gran cantidad de datos. Por este motivo existirá concurrencia de operación, es decir es el origen de la máquina paralela.
• Diferentes elementos de información son asignados a cada procesador.
• Utiliza memoria distribuida.
• Tiene una sola unidad de control y y múltiples unidades funcionales. La unidad de control se encarga de enviar la misma instrucción a todas las unidades funcionales.
Cada unidad funcional trabaja sobre datos diferentes. Estos equipos son de propósito específico, es decir, son apropiados para ciertas aplicaciones particulares, como por ejemplo el procesamiento de imágenes. Características Funcionamiento
El funcionamiento de este tipo de sistema es el siguiente:
La Unidad de Control manda una misma instrucción a todas las unidades de proceso (ALUs). Las unidades de proceso operan sobre datos diferentes pero con la misma instrucción recibida.
Existen dos alternativas distintas que aparecen después de realizarse esta clasificación:
1.Arquitectura vectorial con segmentación:
Una CPU única particionada en unidades funcionales independientes trabajando sobre flujos de datos concretos.
2. Arquitectura Matricial (matriz de procesadores):
Varias ALUs idénticas a las que el procesador de instrucciones asigna una única instrucción pero trabajando sobre diferentes partes del programa. Ejemplos:
•Thinking Machines CM-2
•MassPar computers
•Procesador MMX Aplicación Este tipo de máquinas explota paralelismo de datos de nivel. SIMD es particularmente aplicable a tareas comunes, como el ajuste del contraste en una imagen digital o ajustar el volumen de audio digital. Diseños de CPU más modernos incluyen instrucciones SIMD con el fin de mejorar el rendimiento de uso multimedia. 3. - MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data). Cuyas siglas significa Multiple Instruction, Multiple Data.
Es un sistema con un flujo de múltiples instrucciones que operan sobre múltiples datos.
Estos sistemas empezaron a utilizarse a principios de los 80.
Se las conoce como múltiples computadoras y multiprocesadores. Se puede decir que MIMD es un súper conjunto de SIMD. Caracteristicas

•Son sistemas con memoria compartida que permite ejecutar varios procesos simultáneamente (sistema multiprocesador)
•La diferencia con estos sistemas es que MIMD es asíncrono.
•No tiene un reloj central.
•Cuando las unidades de proceso reciben datos de una memoria no compartida estos sistemas reciben el nombre de Múltiple SISD (MSISD).
•Los procesadores pueden ejecutar la misma o instrucción o diferentes instrucciones y tener sus propios datos
•Diferentes elementos de información se asignan a diferentes procesadores
•Pueden tener memoria distribuida o compartida.
•Cada procesador MIMD corre casi independientemente de los otros.
•Pueden ser utilizadas en aplicaciones con información en paralelo o con tareas en paralelo.
•Cada procesador tiene su propia unidad de control y su propia unidad funcional. MODELO MIMD Cada procesador ejecuta la misma operación, en sincronismo, sobre su propio conjunto de datos.
Las instrucciones se envían a más de un procesador.
Actúa como un procesador ALU, sin unidad de control.
La única unidad de control, es la responsable de buscar las
instrucciones, y repartirlas a los distintos procesadores.
El conjunto de datos se estructura en forma de array o vector.
•Sistemas de memoria compartida.
•Multiprocesadores.
•Sistemas de memoria distribuida.
•Multicomputadores.
•Sistemas de Memoria Compartida Distribuida. Los sistemas MIMD se clasifican en: Memoria Compartida. Multiprocesadores.

Comparten físicamente la memoria.
Cualquier elemento escrito en memoria
puede ser leído directamente por
cualquier otro.
La interconexión de la memoria a todos los
procesadores: RED DE INTERCONEXIÓN.
La red de interconexión es determinante
para la eficacia del sistema.
Dos parámetros caracterizan la red:
La latencia de la red.
Tiempo que se tarda en enviar un mensaje a través de
la red de interconexión. El ancho de banda.
Número de bits que se pueden enviar por unidad de
tiempo.
Memoria compartida. Esquema.
Acceso lento a memoria:
Redes de varias etapas.
Se satisface:
Latencia de red baja.
Ancho de banda alto.
Número bajo de
procesadores.
Arquitectura más común:
Bus común.
Garantiza el mismo tiempo
de acceso a memoria para
cualquier palabra.

Memoria compartida. Resumen
Existe tanto en sistemas SIMD como
MIMD.
El interés se centra en MIMD.
MIMD + memoria compartida:
Multiprocesadores simétricos (SMP).
De 2 a 64 procesadores.
Comparten la totalidad de recursos.
SIMD + memoria compartida:
Procesadores multihebra:
Una sola copia del sistema operativo.
Cada nodo ejecuta una hebra.
Windows NT.
Ejemplos son: SGI/Cray Power Challenge, SGI/Cray C90, SGI/Onyx, ENCORE, MULTIMAX, SEQUENT y BALANCE, entre otras. • La facilidad de la programación.
•Es mucho más fácil programar en estos sistemas que en sistemas de memoria distribuida. •Cada procesador dispone de su propia
•memoria:
•Acceso privado, independiente del
•resto, accesible sólo por el
•procesador.
•La comunicación se realiza por paso de
•mensajes.
•Arquitecturas de paso de mensajes.
•Util y dominante con gran número de
•procesadores ( > 100).
•La red de interconexión:
•Facilita el paso de mensajes entre los
•procesadores nodo. Ventajas:

• La estabilidad.
• Las computadoras con sistemas de memoria distribuida son fáciles de escalar, mientras que la demanda de los recursos crece, se puede agregar más memoria y procesadores.

Desventajas:

• El acceso remoto a memoria es lento.
• La programación puede ser complicada.
Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son IBM SP2 y SGI/Cray T3D/T3E. Sistemas de Memoria Compartida Distribuida

Es una partición de procesadores que tienen acceso a una memoria compartida común pero sin un canal compartido. Esto es, físicamente cada procesador posee su memoria local y se interconecta con otros procesadores por medio de un dispositivo de alta velocidad, y todos ven las memorias de cada uno como un espacio de direcciones globales.
Algunos ejemplos de este tipo de sistemas son HP/Convex SPP-2000 y SGI/Cray Origin2000. Ventajas:
• Presenta estabilidad como en los sistemas de memoria distribuida.
• Es fácil de programar como en los sistemas de memoria compartida.
• No existe el cuello de botella que se puede dar en máquinas de sólo memoria compartida. MISD (múltiples instrucciones, datos individuales) es un tipo de arquitectura de computación paralela donde muchas unidades funcionales realizan diferentes operaciones en los mismos datos. Arquitecturas Pipeline pertenecen a este tipo, aunque un purista podría decir que la información es diferente después de procesar por cada etapa de la tubería. Tolerantes a fallos ordenadores que ejecutan las mismas instrucciones de forma redundante a fin de detectar y ocultar los errores, de una manera conocida como replicación de tareas, se puede considerar que pertenecen a este tipo. No muchos ejemplos de esta arquitectura existen, como MIMD y SIMD son a menudo más adecuado para las técnicas comunes de datos en paralelo. En concreto, se permitirá un mejor escalamiento y uso de los recursos computacionales que MISD hace. Sin embargo, un ejemplo destacado de MISD en la informática son los ordenadores de control del transbordador espacial de vuelo. 4. - MISD (Multiple Instruction , Single Data ) Ejemplos de estos tipos de sistemas son los arrays sistólicos o arrays de procesadores. También podemos encontrar aplicaciones de redes neuronales en máquinas masivamente paralelas. APLICACIÓN MISD Pizarrón Digital
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Simulaciones de sistemas.
Procesamiento de imágenes.
Ejemplo clásico:
Connection Machine.
1985.
65536 procesadores con 4KB de memoria. Áreas de aplicación:
UMA: Uniform Memory Access
Ventajas:
Desventajas:
•El acceso simultáneo a memoria es un problema.
•Poca estabilidad de procesadores, debido a que se puede generar un cuello de botella al incrementar el número de CPU. •Memoria distribuida. Multicomputadores.
•Puede ser un único computador con
•múltiples CPU's conectadas por un bus
•de datos.
•Procesadores masivamente paralelos. (MPP).
•Puede ser múltiples computadores
•enlazados por una red de interconexión
•más o menos rápida.
•Clusters:
•Con computadores dedicados:
•Beowulf.
•Con computadores no dedicados:
•NOW (Network Of Workstations).
•Un sistema de memoria distribuida:
Bibliografía


http://arqordenadores.wiki-site.com/index.php/SISD,_SIMD,_MIMD
200.69.103.48/comunidad/grupos/.../multicomputadores.pdf
http://en.wikipedia.org/wiki/SIMD
http://rubmarin.galeon.com/sisd.htm
http://pcexpertos.com/2009/05/arquitecturas-paralelas-misdsimdmimdsisd.html
http://wwwdi.ujaen.es/~fjmelero/arquitectura/tema_7.pdf
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