Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 1 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos.

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1 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 1 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos

2 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 2 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Se pueden distinguir tres componentes fundamentales que forman parte todos los Sistemas Paralelos y Distribuidos: –Un conjunto de Procesadores (CPU) –Un conjunto de bancos de memoria –Un conjunto de elementos de comunicación Según la forma cómo se organicen estos tres componentes, se puede dar origen a una gran variedad de arquitecturas, lo que a su vez ha dado origen a una variedad de clases y formas de clasificación

3 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 3 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware La clasificación más utilizada para referenciar las arquitecturas paralelas y distribuidas corresponde a la propuesta por Flynn en 1972. En esta clasificación, el modelo secuencial de von Neumann corresponde a la clase SISD (Single Instruction-Single Data). De todas estas clases, sólo SIMD y MIMD se aplican a las arquitecturas paralelas y a los Sistemas Distribuidos, ya que MISD no tiene realizaciones prácticas.

4 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 4 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Clasificación propuesta por Flynn en 1972

5 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 5 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware La clasificación de Flynn ha sido complementada de diversas maneras por otros autores, en la siguiente transparencia se ilustra la proposición de Kuck, en la cual se reemplazan los flujos de datos por flujos de ejecución y divide los flujos de instrucción según su cantidad y su tipo. La clasificación de Kuck se orienta más bien al hardware, mientras que Flynn se orienta a la arquitectura y al juego de instrucciones de la máquina.

6 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 6 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Clasificación propuesta por Kuck

7 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 7 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Como se dijo, al referirse a la arquitectura de un sistema paralelo o distribuido, lo más común es usar la taxonomía de Flynn, se habla entonces de SIMD o MIMD. En general, SIMD es más representativo de arquitecturas de computadores paralelos, mientras que MIMD es útil para clasificar tanto a éstos como los Sistemas Distribuidos en general. Sin embargo, MIMD no permite dar cuenta de todos los aspectos requeridos, por ello, hay otras clasificaciones para las arquitecturas MIMD

8 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 8 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Lo más común es clasificar las MIMD en dos categorías: –MIMD con memoria común (o compartida) y –MIMD sin memoria común (sin memoria compartida) Young propuso una clasificación para arquitecturas MIMD que tiene en cuenta la forma en que los procesadores acceden a la memoria: –UMA (Uniform Memory Access) –NUMA (Non-uniform Memory Access) y –NORMA ( No Remote Memory Access).

9 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 9 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Algunas Referencias –Michael Young et al. The duality of Memory and Communication in the implementation of a Multiprocessor Operating System. ACM SIGOPS, 1987 –Michel Flynn. Some Computer Organizations and their Effectiveness. IEEE Transactions on Computers, Vol. C-21, 1972. Pág. 948-960. –Articulos de la revista BYTE de Enero 1996, pág. 45-52 y Microbyte Verano 1996 pág. 17-23

10 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 10 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware

11 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 11 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware

12 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 12 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware La siguiente taxonomía es propuesta por Tannenbaum:

13 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 13 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Multiprocesadores: En general se clasifican de esta forma aquellos sistemas en los cuales la memoria es compartida. Memoria compartida significa que existe un solo espacio de direccionamiento virtual, compartido por todos los procesadores, aun cuando la memoria física pudiese estar constituida de bloques físicos separados. Un ejemplo típico es un computador basado en Multiprocesamiento Simétrico (SMP)

14 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 14 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Multicomputadores: En general se clasifican de esta forma aquellos sistemas en los cuales la memoria no es compartida. Memoria no compartida significa que existen diferentes espacios de direccionamiento virtual, cada procesador posee su propia memoria privada Lo más común es que cada procesador tiene asociado su propio banco de memoria física Un ejemplo típico es una red de área local

15 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 15 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Sistemas fuertemente acoplados: El acoplamiento se refiere, en general, a un efecto producido por la red de interconexión. En un sistema fuertemente acoplado: –el retardo que experimentan los mensajes para pasar de un computador a otro es muy corto – la velocidad de transmisión es muy alta, y –la tasa de errores es muy baja. En general, se trata de un computador paralelo más que de una red de computadores. La red de interconexión está en el backplane de la máquina

16 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 16 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware Sistemas débilmente acoplados: En un sistema débilmente acoplado (comparado con uno fuertemente acoplado): –el retardo que experimentan los mensajes para pasar de un computador a otro es más alto – la velocidad de transmisión es más baja, y –la tasa de errores es más alta. Una red LAN es un sistema débilmente acoplado en relación a un computador paralelo, pero dos computadores conectados por modem constituyen un sistema aun más débilmente acoplado

17 Apuntes preparados por Néstor González Valenzuela slide 17 Arquitecturas de Sistemas Distribuidos y Paralelos Conceptos de Hardware CONCLUSIONES Existe una gran variedad de arquitecturas para los sistemas paralelos y distribuidos Esta variedad se debe a todas las posibilidades que existen para relacionar: procesadores, memorias y medios de interconexión Las redes de computadores son más representativas de los sistemas débilmente acoplados, multicomputadores sin memoria compartida Los computadores paralelos son más representativos de sistemas fuertemente acoplados