Sistemas operacionais

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Barramento x Comutação

Tanto os sistemas multiprocessadore como os multicomputadores podem ser ligados por barramento ou comutação.

Sistema Multiprocessadores ligados por Barramento

Os sistema multiprocessadores ligados por barramento, são compostos por determinado número de processadores conectados a um barramento comum, todos eles acessando uma memória também comum. 32 ou 64 trilhas deendereço, 32/64 trilhas de dados 32 trinhas de instrução operando em paralelo. Leitura: coloca endereço, passa instrução e recebe dados.

Quando um sistema tem uma memória que apresenta os mesmos valores para todos os processadores que a compartilham, se diz que a memória é coerente. Quando se deseja minimizar o tráfego em um barramento compartilhado por vários processadores pode-se utilizar umamemória cache entre o barramento e o processador. A memória cache guarda os valores acessados mais recentemente. Todas as requisições à memória passam pela cache. Se a palavra solicitada estiver na cache, ela própria responde ao processador, não havendo então necessidade de usar o barramento.


Figura – Um sistema multiprocessadores ligados por barramento compartilhando uma memória única


Ouso das caches nestes sistema traz um problema. Suponha que dois processadores leia a mesma palavra de suas respectivas caches. Depois disso um dos processadores escreve nesta palavras. Quando o outro processador efetuar uma nova leitura desta palavra, ele vai obter o valor antigo em vez do valor que foi gravado mais recentemente. O sistema então é considerado incoerente e de difícil programação.Para solucionar este problema são utilizadas as memórias write-throught cache, que escreve na memória tudo que é escrito na cache (miniza o trafico na leitura), e snooping (snoopy cache), que observa uma escrita em um endereço contido nela própria e atualiza a entrada para o novo valor.

Apesar do uso de cache minimizar o tráfego no barramento a quantidade de processadores neste tipo de ligação élimitada. 32 a 64 CPUs por barramento.


Sistemas Multiprocessadores Ligados por Comutação


Para minimizar o problema de acesso concomitante a um barramento, podendo-se interligar mais de 64 microprocessadores, existe a possibilidade de dividir a memória em módulo, conectando-os aos processadores através de comutação crossbar (barra cruzadas). Cada processador e cada memória têm uma conexão aosistema (crosspoint switch). Quando um processador deseja ter acesso a uma determinada memória, a chave na intercessão de ambos é fechada momentaneamente, para permitir que o acesso seja efetuado. A vantagem desta solução é o fato de muitos processadores poderem acessar a
memória ao mesmo tempo, sendo que este número depende da quantidade de módulos de memória existentes no sistema. No entanto sedois processadores tentarem acessar a mesma memória ao mesmo tempo, um deles irá esperar. A desvantagem é que o numero de cosspoint = numero de CPUs * numero de modulos de memoria.

Figura – Comutação crossbar com chaveamento completo

Para reduzir o custo deste tipo de arquitetura os pesquisadores encontraram forma alternativas de se realizar a comutação em uma rede, requerendo o uso demenos chaves. A rede ômega é um exemplo disto. Este tipo de rede possui 2 x 2 chaves, cada uma delas com duas entradas e duas saídas, sendo que cada chave pode rotear qualquer entrada para qualquer saída. O tempo de ativação é da ordem de nonosecundos ou menos.

Figura – Rede ômega 2 x 2


Para n CPUs e n Memorias, teriamos log2n stagios, cada um contendo n/2 switches, para um totoal de (n log2n)/2switches. O que é bem melhor do que n2. O problema é que quanto mais almenta o numero de estagios mais almenta o “delay” (o tempo de espera). Para n = 1024 teriamos 10 estagios entre a CPU e a memoria. Logo o tempo de ativação dos switchs deve ser muito reduzido o que pressupõe um alto custo.
Para reduzir custo sistemas hierarquicos são propostos onde a memoria é associada a cada CPU. NUMA...
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