UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN E S P G MAESTRÍA EN INGENIERIA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA ADMINISTRACIÓN DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN Tema 08: Arquitectura y programación de los multiprocesadores Prof: Alberto E. Cohaila Barrios acohailab@unjbg.edu.pe, acohailab@hotmail.com, acohailab@speedy.com.pe

Procesadores Multinucleo La tecnología actual de fabricación de procesadores esta llegando a sus límites. Cada vez la miniaturización de los componentes del procesador es más difícil (el límite de construcción del uP del silicio ronda los 15-20nm, donde el silicio empieza a ceder por falta de consistencia, ya se ha llegado a los 65nm), el problema de la generación de calor a aumentado, produciendo que sea más difícil aumentar la frecuencia principal del procesador. Todos estos problemas dificultan el aumento de rendimiento de los procesadores. Julián Monge-Nájera Biología Tropical, Escuela de Biología, Universidad de Costa Rica, 2060 San José, Costa Rica.Toledo, A. 1998. Economía de la Biodiversidad. PNUMA, Of. Reg. América Latina y el Caribe, Ser. Textos Bás. Form. Ambient., México, D.F. 273 p. Disponible en: PNUMA, Formación Ambiental para América Latina y el Caribe, Blvd. Virreyes 155, Col. Lomas de Virreyes, 11000 México DF, México. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 2

Procesadores Multinucleo Los procesadores actuales no sobrepasan los 3.8 GHz (obtenido por el Pentium 4 Prescott), necesitan grandes disipadores y ventiladores porque generan mucho calor. No se podía continuar fabricando procesadores de la misma manera, se estaba llegando a un "estancamiento"; era necesario tomar otro camino, utilizar otra variable que hiciera que el rendimiento del procesador aumentará. Entonces, basándose en el procesamiento en paralelo, se empezaron a construir los procesadores multi-núcleo. El primer procesador multinúcleo en el mercado fue el IBM Power 4 en el año 2000. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 3

¿Cómo trabajan? Los procesadores multi-núcleo es un procesador que contiene dentro del chip a varios núcleos o "cerebros". La mayoría de los procesadores son mono-núcleo, o sea tienen un solo cerebro. Mientras un procesador mono-núcleo tiene un solo cerebro para ejecutar procesos, un procesador multi-núcleo puede repartir los procesos entre sus varios cerebros para su posterior ejecución. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 4

¿Cómo trabajan? Las aplicaciones que sacan mejor provecho de estos procesadores multinúcleo son aquellas que pueden generar muchos hilos de ejecución (thread) como las aplicaciones de audio/video, cálculo científico, juegos, tratamiento de gráficos en 3D, etc. Estos procesadores pueden ejecutar varias de estas aplicaciones al mismo tiempo (concurrencia). Solo cuando uno ejecute una sola aplicación que no sea paralelo (no se pueda descomponer en hilos) es cuando no se aprovecha el potencial de procesamiento que tienen estos procesadores. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 5

Procesamiento en Paralelo Los procesadores multinúcleo se basaron en los sistemas distribuidos, la computación paralela, y las tecnologías como el Hyperthreading; que mostraban como dividir el trabajo entre varias unidades de ejecución. El procesamiento en paralelo es la división de una aplicación en varias partes para que sean ejecutadas a la vez por diferentes unidades de ejecución. El procesamiento en paralelo se utiliza en Computación Paralela y la Computación Distribuida. Liberado en mayo 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 6

HyperThreading Esta tecnología fue creada por Intel, para los procesadores Pentium 4 más avanzados. El Hyperthreading hace que el procesador funcione como si fuera dos procesadores. Esto fue hecho para que tenga la posibilidad de trabajar de forma multihilo (multithread) real, es decir pueda ejecutar muchos hilos simultáneamente. Un procesador con la tecnología Hyperthreading tiene un 5% más de transistores que el mismo procesador sin esa tecnología. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 7

Los dos procesadores lógicos, que posee el procesador hyperthreading, tienen su propio estado de la arquitectura: registros de control, registros de datos, registros de depuración, etc. y el APIC (controlador avanzado de interrupción programable). Los dos procesadores lógicos comparten la memoria caché, la interfaz del bus del sistema, etc. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 8

Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 9 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 9

Arquitectura del procesador AMD Athlon Note que se ha quitado el controlador de memoria al Chipset y se lo ha introducido directamente al procesador, eso hace que se comunique con la memoria directamente a 12.8 Giga bytes/ segundo, con esto se logra más ancho de banda. Un bus de datos HyperTransport comunica al resto del sistema, este bus es bidireccional que tiene una velocidad de 8 Giga bites/segundo por cada canal. Son 16 Giga bytes por segundo, más 12.8 son 28.8 de ancho de banda para comunicarse con el resto del sistema. No se necesitan tanta frecuencia de trabajo del procesador porque todo se distribuye al sistema con una velocidad enorme. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 10

Core Duo Procesador de doble núcleo (core). Cada núcleo es un procesador lógico. Acceden a la cache un nucleo a la vez. Los procesadores Core Duo es una versión para los portátiles, implementa 2MB de caché de memoria compartida para ambos núcleos. Fabricados con la tecnología nanometrica de 65nm. Su velocidad esta dentro de 1.20 hasta 2.33Ghz. Bus del sistema (FSB) va desde 533Mhz hasta 667Mhz. Trabajan hasta 32 bits Consumo de energía es desde 9.0w hasta 31w y de mejor rendimiento/energía. Intel Core Duo 2 y 4 núcleos 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 11

Core 2 Duo Procesador de cuatro núcleos. Cada núcleo es un procesador lógico en arquitectura paralela. Cada nucleo accede al cache al mismo tiempo. Fabricados con la tecnología nanometrica de 65nm. Su velocidad esta dentro de 1.20 hasta 2.93Ghz (x 2). Aparecen a comienzos del 2006. AMD (Avanz micro Dispositive) posee procesadores Phenom de 3 y 4 núcleos. Debido a la complejidad de fabricación de núcleos a mas de 3 Ghz, la tendencia es insertar mayor cantidad de núcleos en un procesador. Intel Core Duo 2 y 4 núcleos 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 12

Ejemplos de Multiprocesamiento Robot móvil que emplea multiprocesamiento para ejecutar múltiples tareas en paralelo a tiempo real. Los 4 procesadores se comunican entre si mediante Cluster de datos 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 13

Demostración Video de Robotmovil 1 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 14

Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Demostración Video de Robotmovil 2 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios

Sistema multiprocesador jerarquico 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 16

Revisión de Lenguajes de alto nivel y de bajo nivel Programas y/o rutinas Los computadores ejecutan programas. Programa: secuencia de operaciones conducentes a resolver un problema determinado. Características de los programas Están compuestos por secuencias de instrucciones o sentencias. Se escriben utilizando una notación formal conveniente. Pueden ser escritos por personas (programadores), o bien pueden ser generados automáticamente mediante una herramienta adecuada. Un programa en ejecución se encuentra cargado en memoria principal. Lenguaje de programación: una notación formal para describir algoritmos o funciones que serán ejecutadas por un computador. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 17

Tipos de lenguajes de programación Lenguajes de alto nivel: cercanos a la forma de pensar del programador. Lenguajes de bajo nivel: cercanos a la arquitectura de la máquina. Lenguaje máquina: el único que la circuitería de la máquina es capaz de interpretar. Sus instrucciones se encuentran codificadas en binario. Lenguajes simbólicos: no son directamente interpretables por la circuitería de la máquina. Se codifican mediante símbolos alfanuméricos, de puntuación, paréntesis, separadores, etc. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 18

Tipos de Lenguajes de Programación Bajo Nivel Alto Nivel Máquina Simbólico Cercanos a la forma de pensar del programador. Cercanos a la arquitectura de la máquina. El único que la circuitería de la máquina es capaz de interpretar. Sus instrucciones se encuentran codificadas en binario. No son directamente interpretables por la circuitería de la máquina. Se codifican mediante símbolos alfanuméricos, de puntuación, paréntesis, separadores, etc. 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 19

Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 20 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 20

Secuencia en bloques de la compilación y linkeo del código máquina 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 21

Jerarquía de traducción 07/11/2008 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Prof. Alberto E. Cohaila Barrios 22

Prof. Alberto E. Cohaila Barrios Fin 07/11/2008 Prof. Alberto E. Cohaila Barrios