Arquitetura de computadores paralelos

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Arquitetura de Computadores Paralelos

Háddamus Vinícius de Souza Reis

Abstract. In conventional computers, a program is a set of instructions that are transmitted to the processing unit to be executed sequentially. These computers generally have a single processor and despite having more than one, perform tasks sequentially. The concept of parallel programming is directly associated withparallel computers, or computers that have multiple processing units capable of executing programs in parallel increasing the speed and capacity of the system. In this case we have instructions being executed in different processors while also still have the exchange of information between processors.

Resumo. Nos computadores convencionais, um programa é um conjunto de instruções que sãotransmitidas à unidade de processamento para serem executadas de forma sequencial. Esses computadores em geral possuem um único processador e mesmo possuindo mais de um, executam tarefas sequencialmente. O conceito de programação paralela está diretamente associada a computadores paralelos, ou seja, computadores que possuem varias unidades de processamento com capacidade de executar programas em paraleloaumentando a velocidade e a capacidade do sistema. Neste caso temos instruções sendo executadas em processadores diferentes ao mesmo tempo , além disso ainda tem a troca de informações entre os processadores.

Introdução

O grande interesse por problemas cada vez mais complexos tem levado a necessidade de computadores cada vez mais potentes para resolvê-los. Entretanto, limitações físicas eeconômicas têm restringido o aumento da velocidade dos computadores seqüenciais, ou seja, computadores que executam instruções em série, uma após a outra pela CPU . Por outro lado, os problemas computacionais usualmente podem ter algumas de suas partes dividida em pedaços que poderiam ser solucionados ao mesmo tempo, ou processados em paralelo. Processamento paralelo é então uma forma pela qual ademanda computacional é suprida através do uso simultâneo de recursos computacionais como processadores para solução de um problema.
A computação paralela é caracterizada pelo uso de várias unidades de processamento ou processadores para executar uma computação de forma mais rápida. É baseada no fato de que o processo de resolução de um problema pode ser divido em tarefas menores, que podem serrealizadas simultaneamente através de algum tipo de coordenação.

Objetivo

O objetivo deste trabalho é mostrar as várias interfaces de processamento paralelo, mostrando vantagens e desvantagens dessa técnica.

Modelos de Comunicação

Os modelos de arquitetura de computadores são classificados pelo fluxo de instruções e dados que se apresentam. Essa classificação é definida como taxonomiade Flynn. Ela fica divida em quatro categorias: SISD, SIMD, MISD e MIMD. A seguir será descrito mais detalhadamente essas quatro categorias.

SISD (Single Instruction Single Data)

Conhecido como fluxo único de instruções sobre um único conjunto de dados é o caso das máquinas convencionais com uma CPU. Essa arquitetura é conhecida também como Von Neumann. A Figura 1 demonstra essaarquitetura SISD. 

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Figura 1 - Arquitetura SISD (UFV, 2008) 

SIMD (Single Instruction Strem Multiple Data Stream)

Corresponde ao caso das arquiteturas vetoriais onde a mesma operação é executada sobre múltiplos operandos. A Figura 2 demonstra essa arquitetura SIMD.
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Figura 2 – Arquitetura SIMD (UFV, 2008)

MIMD (Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream)

  Os multiprocessadores são um caso onde várias instruções podem ser executadas ao mesmo tempo em unidades de processamento diferentes controladas por unidades de controle independentes (uma para cada unidade de processamento). A...
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