Apresentacao Arquitetura Avancada FINAL

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ARQUITETURA AVANÇADA 
DE COMPUTADORES
ALUNOS: MAURO PORTO, JOÃO MARCOS LEITE, VITOR BELLONI
TRABALHO: MULTI-VETOR E COMPUTADORES SI MD 
PRINCÍPIOS DE PROCESSAMENTO DE 
VETOR:
Um vetor é um conjunto ordenado de itens de dados escalares, todos do mesmo tipo, 
armazenados em memória. Já um processador de vetor, é uma unidade de processamento 
central (CPU) que implementa um conjunto de instruções que contém instruções que operam 
sobre matrizes unidimensionais de dados chamados de vetores. 
As instruções vetoriais possuem as seguintes características:
-Cada instrução equivale a um loop
-O cálculo de cada resultado não depende de resultados anteriores (é possível haver pipelines 
profundos sem a ocorrência de dependências de dados)
-O padrão de acesso à memória para a busca dos operandos é conhecido e regular (benéfico 
utilizar memória com interleaving)
TIPOS DE INSTRUÇÃO DE VETOR
Definimos os tipos de instrução de vetor por mapeamentos matemáticos entre seus registros de 
trabalho ou memória quando os operandos de vetor são armazenados.
Memória-Memória 
-Arquiteturas mais antigas 
-Todas as operações vetoriais manipulam operandos na memória 
Registrador-Registrador 
-Arquitetura usadas em todos os processadores vetoriais mais recentes 
-Todas as operações vetoriais, com exceção de load e store, trabalham com registradores 
Obs: unidades funcionais são organizadas como pipelines profundos
ESQUEMA DE MEMÓRIA PARA ACESSO AO 
VETOR
O fluxo de operandos vetoriais entre a memória principal e os registradores vetoriais geralmente é feito 
em pipeline com vários caminhos de acesso, aqui descrevemos três esquemas de acesso vetorial de 
módulos de memória intercalados permitindo acessos de memória sobrepostos.
Organização de memória C-acess
-Concurrent Acess, onde as palavras em memória devem ser acessadas na forma interleaved
-Se considerarmos saltos de tamanho 1, endereços sucessivos serão armazenados em buffers à taxa de 
um por ciclo.
-Se considerarmos salto de tamanho 2, os acessos serão feitos em dois ciclo menores, o que impkicará 
na metade do desempenho do primeiro modelo
-Para saltos de tamanho 3, os acessos voltam a ser como os de tamanho 1
Acima temos o acesso a memória em C/S
Ao lado temos o acesso a memória em S
SUPER COMPUTADORES DO PASSADO E 
DO PRESENTE
• Supercomputador é um computador com uma grande capacidade de processamento de 
dados e memória, normalmente utilizado para fins científicos. Seu hardware é 
superavançado, apresentando um desempenho altíssimo, inconcebível para um 
computador caseiro. Este tem aplicação em áreas de pesquisa que grande quantidade de 
processamento se faz necessária, como pesquisas militares, científica, química e 
medicina.
• Os primeiros supercomputadores foram criados na década de 1960 por Seymour Cray que 
fundou sua própria empresa, a Cray Research, em 1970 e dominou o mercado da 
supercomputação durante 25 anos (1965-1990). Obviamente, naquele tempo, essas 
máquinas possuíam uma capacidade ínfima de processamento se comparadas com 
modelos atuais, mas a evolução da informática teve desdobramentos significativos nos 
supercomputadores. 
https://www.google.com/url?q=https://pt.wikipedia.org/wiki/1960&sa=D&source=editors&ust=1759932336946599&usg=AOvVaw3Gx3PeSv18B8VCFfHhFwTs
SUPER COMPUTADORES DO PASSADO E DO PRESENTE
REGRA DE CONSTRUÇÃO DE 
PERFORMACE DIRETA
• Os supercomputadores por exemplo devem fornecer o mais alto desempenho, limitado 
apenas pela tecnologia atual, como também devem ser programáveis e acessíveis em um 
ambiente multiusuário. Com isso, as regras de design de arquitetura de supercomputador 
são orientadas pelo desejo de oferecer o mais alto desempenho disponível em uma 
variedade de aspectos, incluindo processador, memória e desempenho de E / S, 
capacidades e larguras de banda em todos os subsistemas. Todos esses itens são técnicos e 
com as suas respectivas diferenças, devem ser estudados e moldados de forma analítica 
para que possam funcionar.
CRAY Y-MP C-90 E MPP
• O C90 foi um desenvolvimento da arquitetura Cray Y-MP, em comparação com o Y-MP, o 
processador C90 tinha um pipeline de vetor duplo e um ciclo de clock de 4,1 ns mais rápido 
(244 MHz), que juntos proporcionavam três vezes o desempenho do processador Y-MP. O 
número máximo de processadores em um sistema também foi dobrado de oito para 16. A 
série C90 usava o mesmo IOS Modelo E (Subsistema de Entrada / Saída) e Sistema 
operacional UNICOS do anterior Y-MP Modelo E. 
• Os sistemas de processamento paralelo maciço (MPP) têm o potencial para resolver 
problemas altamente paralelos. Microprocessadores padrão de prateleira podem ter 
deficiências quando usados como blocos de construção de um sistema MPP. O que é 
necessário é um sistema balanceado que corresponda à velocidade rápida do processador 
com E / S rápida, acesso rápido à memória e software capaz. A Cray Research anunciou o 
desenvolvimento do MPP em o 1992, tinha como objetivo deixar uma tendência para o MPP 
do ponto de vista de um principal fabricante de supercomputadores.
O Fujitsu VPP500 era um sistema usado em conjunto com o VP2000 para resolver 
problemas de escala largo. Esta foi uma última série de supercomputadores da 
Fujitsu, chamada de processador paralelo vetorial. A arquitetura do VPP500 era 
escalonável de 7 a 222 PEs, oferecendo um sistema multivetor MIMD altamente 
paralelo. O desempenho máximo foi direcionado para 335 Gfiops.
MINI-SUPER COMPUTADORES
• Estes eram uma classe de sistemas de supercomputador de baixo custo com um 
desempenho de cerca de 5 a 15% e um custo de 3 a 10% daquele de um supercomputador 
em grande escala. Sistemas representativos do início dos anos 1990 incluem as séries 
Convex C, Alliant FX, Encore Multirnatt e Sequent Symmetry. A maioria deles tinha um 
arquitetura usando processadores padrão e sistemas UNIX. O processamento escalar e 
vetorial era suportado nestes sistemas multiprocessadores com memória compartilhada e 
periféricos. A maioria desses sistemas foi construída com um subsistema gráfico para 
visualização e desempenho fins de ajuste.
PROCESSAMENTO DE VETOR COMPOSTO
OPERAÇÕES DE VETOR COMPOSTO
Uma função de vetor composto é 
definida pela composição de funções 
com operações vetoriais, convocadas a 
partir de estruturas de looping de 
operações escalares vinculadas.
CADEIAS DE LOOPING DE VETOR:
O Pipelining vetorial e o encadeamento 
são uma parte integral para todos os 
processadores vetoriais. 
LIMITAÇÕES DOS ENDEREÇAMENTOS:
O número de operações vetoriais dentro das operações de vetores 
compostos deve estar dentro do limite disponível, para fazer o 
endereçamento possível.
REDES DE MULTI-PIPELINES:
Em vez de ligar as operações vetoriais para 
cadeias lineares, pode-se construir um pipenet, 
introduzindo múltiplos pipelines funcionais, com 
atrasos inseridos para alcançar a computação 
sistólica das Operações de vetores compostos.
ORGANIZAÇÕES DE COMPUTADORES SI MD
MODELOS IMPLEMENTADOS:
A maioria dos computadores SIMD usa uma única unidade de controle 
e memórias distribuídas, exceto alguns que usam memórias 
associativas.
ARQUITETURA DO CN-12:
AS Máquinas com as arquiteturas do CN-12, eram 
computadores MPP de grão fino que usavam 
milhares de bits em processamento de elementos, 
em paralelo para atingir um pico de velocidade de 
processamento acima de 10 Gflops. 
ARQUITETURA DO MASPAR MP-1:
A família MP-1 incluía configurações com 1024 até 
16.000 processadores. O Pico de desempenho da 
configuração do processador de 16K foi de 26.000 
MIPs, em operações de inteiro Risc de 32 bits.
MÁQUINAS CM-5 
As máquinas MIMD são constituídas por múltiplos 
processadores, interconectados entre si. Os processadores 
executam instruções independentemente uns dos outros e 
podem trocar informações entre si por meio de uma rede de 
comunicação. A figura mostra uma máquina MIMD de 
memória compartilhada onde cada processador tem sua 
própria unidade de controle e todos compartilhamdados 
localizados em um mesmo sistema de memória. Redes de 
computadores são máquinas MIMD denominadas de memória 
distribuída. Atualmente, esta categoria de máquinas (MIMD) é 
a mais difundida para computação de alto desempenho. 
Exemplos de máquinas MIMD incluem: Cosmic Cube, nCUBE 
2, iPSC, Symetry, FX-8, FX-2800, TC-2000, CM-5, KSR-1 e 
Paragon XP/S. 
Várias unidades de controle buscam instruções na 
memória e as repassam para o processador a elas 
associados. Os processadores
comunicam-se entre si por meio de uma memória 
compartilhada ou por meio de uma rede de comunicação.
MÁQUINAS MIMD
SINCRONIZAÇÃO DA MÁQUINA MIMD (CM-5)
• Os desenvolvedores do CM-5 escolheram uma arquitetura universal, que 
combina as vantagens de máquinas SIMD e MIMD. Tradicionalmente, os 
programadores de supercomputadores eram forçados a escolher entre 
computadores MIMD e SIMD. Uma máquina MIMD é boa em ramificação 
independente, mas ruim em sincronização e comunicação. Porém, uma 
máquina SIMD é boa em sincronização e comunicação, mas pobre em 
ramificação. Dessa forma, máquinas CM-5 foram projetadas com uma 
estrutura MIMD sincronizada para suportar ambos os estilos de 
computação paralela.
ARQUITETURA DA MÁQUINA CM-5
•A rede de dados é baseado no conceito “fat tree”. Esse tipo de 
arquitetura é representada como um “árvore” que possui nas 
ramificações (“folhas”) os nós de processamento, processadores de 
controle e os canais de E/S todos conectados entre si. Além disso, a 
arquitetura das máquinas CM-5 são constituídas por uma rede de 
dados, uma rede de controle e uma rede de diagnóstico, estas 
usadas para o trânsito dos dados e das mensagens.
A rede de dados da máquina CM-5 formada 
por uma “fat tree”, onde cada ramificação está 
interconectada.
CONTROLE DOS PROCESSADORES E DOS 
NÓS DE PROCESSAMENTO
•O processador de controle básico consiste em um microprocessador 
RISC (CPU) , subsistema de memória, dispositivo de E/S com discos 
locais e conexões Ethernet e uma interface de rede CM-5. 
•Nos nós de processamento, a estrutura básica de controle se baseia 
em um processador SPARC com um subsistema de memória, que 
consiste em um controlador de memória de 8, 16 ou 32 Mbytes de 
mémoria RAM e o barramento interno possui 64 bits de largura. 
Processador de controle do CM-5
Nós de processamento do CM-5
COMUNICAÇÃO ENTRE PROCESSADORES
• Nas máquinas CM-5, os mecanismos de comunicação foram projetadores 
projetados para serem utilizados em quatro tipos de comunicação entre o 
processador: replicação, redução, permutação e prefixo paralelo.
REPLICAÇÃO
REDUÇÃO
PERMUTAÇÃO
PREFIXO PARALELO