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ESPG MAESTRÍA EN INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA ADMINISTRACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN

Tema 01: Introducción al Procesamiento Paralelo Prof: Alberto E. Cohaila Barrios

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07/11/2008

Arquitectura de Computadores Paralelos

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[email protected], [email protected], [email protected]

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Temas a desarrollar: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Introducción al procesamiento paralelo Rendimiento en los computadores Paralelismo en sistemas monoprocesadores Principios de Segmentación encauzada Computadores de Segmentación encauzada Estructura y algoritmos en procesadores matriciales Arquitectura y programación de los multiprocesadores: Pascal FC, LabVIEW y C++ 8. Multiprocesamiento 9. Arquitectura paralela distribuida: Cluster 10. Aplicaciones 07/11/2008

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1. Introducción al procesamiento paralelo • Conceptuación de Procesamiento Paralelo (PP) Computador de altas prestaciones

• Servidor • PC industrial • PC usuario

Evolución de la arquitectura

Concurrencia en sistemas informáticos modernos

Aplicaciones avanzadas

- Demanda creciente 07/11/2008

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1. Introducción al paralelismo • Conceptuación de Procesamiento Paralelo (PP) Estructura de los computadores paralelos clasificación:

Computadores de segmentación encausada

Procesadores matriciales

Sistemas multiprocesadores

técnicas: • VLSI y

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• Flujo Arquitectura de Computadores Paralelos

de datos

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1.1 Concepto de Arquitectura de computadores • Primera aparición del término en 1964 (Amdahl): – “Estructura de un computador que el programador en lenguaje máquina debe conocer si quiere escribir un programa correcto para dicho computador” – Básicamente: • • • •

Registros y memoria Conjunto de instrucciones y su formato Modos de direccionamiento Codificación de las instrucciones

• No considera la forma en que se implementan las instrucciones 07/11/2008

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1.1 Concepto de Arquitectura de computadores • Bell y Newell, en 1970, introdujeron una descripción multinivel jerárquica: – – – –

Nivel Nivel Nivel Nivel

de de de de

circuito eléctrico diseño lógico programación conmutación procesador-memoria

• El tercer nivel corresponde al de Amdahl. • El cuarto nivel trata sobre las interconexiones entre el procesador, la memoria y el resto de elementos del sistema (buses, etc. hardware PCB). 07/11/2008

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1.2 Evolución de los computadores • Para diseñar un sistema informático potente y de costo razonable; y para idear programas eficaces que resuelva un problema computacional, deben comprenderse las estructuras hardware y software subyacentes y los algoritmos de computación que vayan a ser implementados en la máquina mediante lenguajes de programación orientados al usuario y/o concurrentes.

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1.2 Evolución de los computadores

Seguridad

Banco de datos

Canales de comunicació comunicación Dispositivos perifé periféricos

El sistema informático moderno Composición de elementos tales como: Sistemas operativos Procesadores Memorias

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Unidades funcionales

Redes de interconexió interconexión

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Compiladores

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Ejemplo 01: Sistema de monitoreo remoto de variables de clima como alternativa de solución al Agro en la región de Tacna

Problema computacional

Medició Medición de variables de temperatura, radiació radiación, humedad, velocidad de viento; adquirir, visualizar y almacenar el BD. Luego el envió envió de informació información historica de modo remoto a usuarios (agricultor) final.

Sistema operativo + lenguaje de programación Comprender la estructura

Hardware y software + Algoritmo computacional 07/11/2008

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Ejemplo 02: Comunicación entre Host basados en el estándar USB 2.0 (NO ethernet)

Problema computacional

Elaborar el algoritmo de protocolo de red bajo la normativa USB 2.0 que comunique mas de 2 host. host.

Sistema operativo + lenguaje de programación Comprender la estructura

Hardware y software + Algoritmo computacional 07/11/2008

Windows vista + Java - Algoritmo de multiprogramació multiprogramación - Driver del fabricante

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1.2 Evolución de los computadores • 1ª Generación (1938-1953): – Primer computador analógico: 1938 – Primer computador digital electrónico: 1946 (ENIAC) – Dispositivos de conmutación: paso de relés a válvulas de vacío. – Componentes hardware muy caros – Operaciones en CPU bit a bit (en serie) – Lenguaje de programación: código máquina binario – Primer programa almacenado (1950) 07/11/2008

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1.2 Evolución de los computadores • 2ª Generación (1952-1963): – – – –

Primer computador con transistores: 1954 Memorias de ferrita Primeros lenguajes de alto nivel: FORTRAN y ALGOL Primeros ordenadores con mejoras en arquitectura: LARC (1959), con E/S independiente de otras unidades de proceso – Forma normal de trabajo: procesamiento por lotes, donde los programas se ejecutan secuencialmente, uno cada vez y de principio a fin. 07/11/2008

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1.2 Evolución de los computadores • 3ª Generación (1962-1975): – Circuitos integrados de pequeña y mediana escala de integración. – Memorias de estado sólido (abaratamiento de memoria) – Programas más grandes – Introducción a la multiprogramación, con el propósito de permitir la ejecución de múltiples segmentos de programa intercalados con operaciones de E/S – Primeros procesadores vectoriales – Introducción a la memoria virtual 07/11/2008

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1.2 Evolución de los computadores • 4ª Generación (1972-1986): – Circuitos VLSI (reducción de tamaños y costes) – Ampliación de los lenguajes de alto nivel, para considerar a un tiempo datos escalares y vectoriales – La mayoría de los sistemas operativos son de tiempo compartido y emplean memoria virtual. – Compiladores con capacidad de vectorización

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1.2 Evolución de los computadores • 5ª Generación (1986-…): – Multiprocesamiento de mas de 2 núcleos – Mas de 1000 Megaflops – Procesadores a escala nanometrica ( Tm>Tp

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